DE19543232A1 - Production of matrix-bound miniaturised combinatorial polymer and oligomer library - Google Patents

Production of matrix-bound miniaturised combinatorial polymer and oligomer library

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Abstract

Production of a matrix-bound miniaturised combinatorial polymer and oligomer library of nucleic acids, peptides, sugars and other chemical compounds, which are prepared by multistep synthesis, uses a chemically inert stamp. The active surface of the stamp is micro-structured in a manner determined by the selected synthesis algorithm to allow selective access to defined loci on a substrate. The substrate is an insert solid support on whose surface a monolayer of a linker with a terminal protected functional group is covalently bound. The process comprises: (a) dipping the stamp in a solution containing a reagent capable of deprotecting the terminal functional group, (b) contacting the stamp with the substrate to deprotect the functional groups at the contact sites, (c) washing the substrate with an inert solvent, (d) coating the substrate with a first activated chemical building block so that chain extension takes place on the deprotected functional groups, and (e) repeating steps (a)-(d) using stamps whose microstructure patterns are adapted to access predetermined loci on the substrate according to the synthesis algorithm.

Description

Molekulare Wechselwirkungen zwischen Polymeren und Liganden spielen eine wichtige Funktion bei biologischen Vorgängen. Geringe Änderungen in den physikalisch­ chemischen Eigenschaften von Polymeren und/oder Liganden können wesentliche Änderungen in der Wechselwirkung zwischen Polymer und Ligand verursachen. Zur Untersuchung der Bindungseigenschaften eines Liganden sollten idealerweise alle Sequenzvariationen des Polymers zur Verfügung stehen (Bibliothek). Die Wechselwirkung mit den Liganden sollte parallel untersucht werden können. Dies legt nahe, alle Polymervariationen auf einer Fläche unterzubringen, um diese in einem Schritt mit Liganden interagieren zu lassen. Damit wären identische Inkubationsbedingungen für alle Moleküle gegeben und ein direkter Vergleich möglich. Sind spezifische Wechselwirkungen bekannt, kann in weiteren Untersuchungen der Einfluß anderer Moleküle (wie Wirkstoffe) auf spezifische Wechselwirkungen durch gemeinsame Inkubation ermittelt werden. Diese Untersuchungen setzen das Vorhandensein einer Technologie voraus, die gestattet, kleine Mengen an Polymeren gezielt an definierten Stellen eines festen Trägers anzubringen. Da bei gegebener Monomerzahl M die Länge des Polymers L als Potenz eingeht, gilt für die Gesamtzahl G aller Variationen eines Polymers: G = ML. Damit wird klar, das eine Miniaturisierung einer solchen Matrix ebenfalls notwendig wird. Dies ist auch in Anbetracht der Preise für die Reagenzien erstrebenswert.Molecular interactions between polymers and ligands play an important role in biological processes. Small changes in the physico-chemical properties of polymers and / or ligands can cause significant changes in the interaction between the polymer and ligand. Ideally, all sequence variations of the polymer should be available to investigate the binding properties of a ligand (library). The interaction with the ligands should be investigated in parallel. This suggests placing all polymer variations on one surface so that they can interact with ligands in one step. This would result in identical incubation conditions for all molecules and a direct comparison would be possible. If specific interactions are known, the influence of other molecules (such as active substances) on specific interactions can be determined by joint incubation. These investigations presuppose the presence of a technology that allows small amounts of polymers to be applied specifically to defined locations on a solid support. Since the length of the polymer L is included as a power for a given number of monomers M, the following applies to the total number G of all variations of a polymer: G = M L. This makes it clear that miniaturization of such a matrix is also necessary. This is also desirable given the price of the reagents.

Es existieren vielfältige Bemühungen Polymerbibliotheken anzulegen. Eine erfolgreiche Realisation dieses Vorhabens gelang Mitarbeitern der Firmen Affymax und Affymetrix (Combinatorial Chemistry - applications of light directed chemical synthesis; Jacobs, Jeffrey W.; Fodor, Stephen P.A.; Trends in Biotechnology, 1994, 12(1), 19-26). Hierbei wird eine neuartige Synthesechemie mit lichtsensitiven Schutzgruppen genutzt. Mittels geeigneter Masken, wie sie in der Photolithographie üblich sind, werden Moleküle auf definierten Bereichen einer Oberfläche aktiviert und so nach und nach Polymere mit definierten Positionen aufgebaut. So ist es bereits gelungen, alle Variationen eines Oligonucleotidoctamers aufzubauen, was bedeutet, daß 65536 molekulare Spezies synthetisiert wurden (Light generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis; Pease, Ann Cviani; Solas, Dennis; Sullivan, Edvard J.; Cronin, Maureen, T.; Holm Christopher P.; Fodor, Stephen P.A.; Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (1994), 91(11), 5022-6). Ebenfalls ist es mittels desselben Verfahrens und lichtaktivierbarer Aminogruppen gelungen, Peptidbibliotheken anzulegen (Light directed combinatorial peptide synthesis, Gruber, S.M.; Yu-Pang, P.; Fodor, Stephen P.A.; Proc. Am. Pep. Symp., 12th (1992), Meeting Date 1991, 489-91).There are various efforts to create polymer libraries. A successful Employees of the companies Affymax and Affymetrix succeeded in realizing this project (Combinatorial Chemistry - applications of light directed chemical synthesis; Jacobs, Jeffrey W .; Fodor, Stephen P.A .; Trends in Biotechnology, 1994, 12 (1), 19-26). Here is a novel synthetic chemistry with light-sensitive protective groups used. By means of suitable Masks, as are common in photolithography, are defined on molecules Areas of a surface activated and so gradually polymers with defined Positions built. So it has already succeeded in combining all variations Build oligonucleotidoctamers, which means that 65536 molecular species were synthesized (Light generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis; Pease, Ann Cviani; Solas, Dennis; Sullivan, Edvard J .; Cronin, Maureen, T .; Holm Christopher P .; Fodor, Stephen P.A .; Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (1994), 91 (11), 5022-6). It is also by means of the same process and light-activated amino groups succeeded in creating peptide libraries (light directed combinatorial peptide synthesis, Gruber, S.M .; Yu-Pang, P .; Fodor, Stephen P.A .; Proc. At the. Pep. Symp., 12th (1992), Meeting Date 1991, 489-91).

Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Oligonucleotidbibliotheken wurde von Southern und Maskos beschrieben (Parallel synthesis and analysis of large numbers of related chemical compounds: applications to oligonucleotides; Southern, Edwin M.; Maskos, Uwe; J. Biotechnology (1994), 35(2-3), 217-27) und erfolgreich angewandt. Hierbei wurde die herkömmliche, aus der Festphasensynthese bekannte Chemie angewandt. Kapillaren wurden auf einem Träger geformt und diese mit Reagenzien gefüllt. Je nach Beladung der Kapillaren konnte so ein Nucleotid lokal spezifisch addiert werden.An alternative method for the preparation of oligonucleotide libraries was by Southern and Maskos (Parallel synthesis and analysis of large numbers of related chemical compounds: applications to oligonucleotides; Southern, Edwin M .; Maskos, Uwe; J. Biotechnology (1994), 35 (2-3), 217-27) and successfully applied. Here, the conventional chemistry known from solid phase synthesis  applied. Capillaries were formed on a support and these were filled with reagents. Depending on the loading of the capillaries, it was possible to add a specific nucleotide locally.

Beide Verfahren haben entscheidende Nachteile. Das Verfahren von Affymax erfordert eine spezielle Schutzgruppenchemie, die nicht allgemein gebräuchlich und folglich kostenaufwendig und unausgereift ist. Dies führt zu Limitationen bei der Länge der zu synthetisierenden Polymere. Weiterhin werden photolithographische Synthesetechniken genutzt, die heute Standard in der Mikrostrukturtechnik sind. Dies macht ein Arbeiten im Reinstraum erforderlich, will man hohe räumliche Auflösungen erreichen. Nichtsdestotrotz sind physikalische Grenzen gegeben; selbst unter idealen Bedingungen sind Auflösungen von < 200 nm nicht zu erwarten (λ/2). Durch die Nutzung einer photolithographischen Apparatur bei jedem Syntheseschritt ist der Syntheseaufwand erhöht. Somit können mit diesem Verfahren keine langen Polymere synthetisiert werden; die Ränder sind nur im Rahmen der photolithographischen Technik scharf.Both methods have decisive disadvantages. Affymax's procedure requires a special protecting group chemistry that is not commonly used and consequently is expensive and immature. This leads to limitations on the length of the synthesizing polymers. Furthermore, photolithographic synthesis techniques used, which are standard in microstructure technology today. This makes working in the A clean room is required to achieve high spatial resolutions. Nevertheless there are physical limits; even under ideal conditions are resolutions not to be expected from <200 nm (λ / 2). By using a photolithographic Equipment in each synthesis step increases the synthesis effort. Thus, with long polymers are not synthesized in this process; the edges are only in Framework of the photolithographic technique sharp.

Das Verfahren von Southern und Maskos bietet zwar die Möglichkeit der Nutzung herkömmlicher Synthesereagenzien, ist aber hierbei unökonomisch, die Kapillaren müssen auf voller Länge mit dem Reagenz gefüllt werden. Auch ist bei Nutzung des beschriebenen Synthesealgorhythmus die Synthese aller Variationen einer Polymerlänge unmöglich. Das Verfahren ist im selben Maße, wie das zuvor beschriebene, miniaturisierbar. Allerdings ist die Mikrostrukturierung des Trägers selbst erforderlich.The method of Southern and Maskos offers the possibility of use conventional synthesis reagents, but is uneconomical here, the capillaries must be filled to the full length with the reagent. Also when using the described Synthesis algorithm the synthesis of all variations of a polymer length impossible. The The method can be miniaturized to the same extent as that described above. However the microstructuring of the carrier itself is required.

Somit besteht ein Bedarf nach einem alternativen Verfahren zur Herstellung einer miniaturisierten Polymer- und Oligomerbank, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden. Die Aufgabe besteht somit in der Bereitstellung eines entsprechenden alternativen Verfahrens.Thus, there is a need for an alternative method of making one miniaturized polymer and oligomer bank, in which the disadvantages of the known Procedures to be avoided. The task is therefore to provide a corresponding alternative procedure.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix-gebundenen miniaturisierten kombinatorischen Polymer- und Oligomerbibliothek von Nukleinsäuren, Peptiden, Zuckern und anderen chemischen Verbindungen, die durch Mehrschrittsynthese hergestellt werden, und Kombinationen daraus, unter Verwendung eines chemisch inerten Stempels, dessen aktive Oberfläche eine durch den gewählten Synthesealgorithmus vorbestimmte Mikrostrukturierung aufweist, wodurch ein selektives Ansprechen definierter Loci auf einem Substrat ermöglicht wird, und eines Substrats, bei dem es sich um einen festen inerten Träger handelt, auf dessen Oberfläche eine Monoschicht aus einem Linker mit einer terminalen geschützten funktionellen Gruppe kovalent gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daßThe invention relates to a method for producing a matrix-bound miniaturized combinatorial polymer and oligomer library of nucleic acids, Peptides, sugars and other chemical compounds by multi-step synthesis be prepared, and combinations thereof, using a chemically inert Stamp, whose active surface one by the chosen synthesis algorithm has predetermined microstructuring, which results in a selective response defined loci is made possible on a substrate, and a substrate in which it is is a solid inert carrier, on the surface of which a monolayer of a Linker is covalently bound to a terminal protected functional group, characterized in that

  • a. besagter Stempel in eine Lösung enthaltend ein für die Freisetzung der terminalen geschützten funktionellen Gruppen geeignetes Entschützungsreagenz getaucht wird,a. said stamp in a solution containing a for the release of the terminal Protective reagent suitable for protected functional groups is immersed,
  • b. der mit dem Entschützungsreagenz benetzte Stempel mit dem besagtem Substrat in Kontakt gebracht wird, wodurch an den Kontaktflächen die terminalen funktionellen Gruppen freigesetzt werden,b. the stamp wetted with the deprotection reagent with said substrate in Is brought in contact, whereby the terminal functional at the contact surfaces Groups are released
  • c. nach Waschen mit einem inerten Lösungsmittel das Substrat mit einem ersten aktivierten chemischen Baustein überschichtet wird, wodurch an den freigesetzten terminalen funktionellen Gruppen eine Kettenverlängerung durch den besagten chemischen Baustein erfolgt,c. after washing with an inert solvent, the substrate was activated with a first one chemical building block is overlaid, resulting in the released terminal functional groups a chain extension by said chemical building block he follows,
  • d. die Synthesefolge der Schritte a-c beliebig oft wiederholt wird, bis die gemäß Synthesealgorithmus gewünschte Kettenlange hergestellt ist, wobei bei jedem Syntheseschritt definierte Loci auf besagtem Substrat durch Verwendung von Stempeln mit vorbestimmten Mustern angesprochen werden.d. the synthesis sequence of steps a-c is repeated any number of times until the according Synthesis algorithm is produced desired chain length, with each Synthesis step defined loci on said substrate by using stamps can be addressed with predetermined patterns.

Die kombinatorische Polymerbibliothek befindet sich auf einem festen; gegenüber den bei den Syntheseschritten verwendeten Reagenzien inerten Träger (Matrix), der selbst nicht mikrostrukturiert sein muß. Es können sowohl ebene Flächen (Abb. 1, Schritt 1.1) als auch mikrostrukturierte genutzt werden. Diese Bedingungen werden von jedem der in der Mikrostrukturierung gebräuchlichen Wafer, z. B. Silizium/Siliziumoxid, aber auch von entsprechend poliertem Quarzglas, z. B. Suprasil, erfüllt. Die Oberfläche des festen Trägers ist über einen Linker und gegebenenfalls zusätzlich mit dem ersten chemischen Baustein verbunden (Abb. 1, Schritte 1.2 und 1.3). Im folgenden wird ein derartig präparierter fester Träger als Substrat bezeichnet.The combinatorial polymer library is on a solid; inert to the reagents used in the synthesis steps (matrix), which itself does not have to be microstructured. Both flat surfaces ( Fig. 1, step 1.1) and micro-structured ones can be used. These conditions are met by each of the wafers used in microstructuring, e.g. B. silicon / silicon oxide, but also of appropriately polished quartz glass, for. B. Suprasil. The surface of the solid support is connected via a linker and, if necessary, additionally to the first chemical building block ( Fig. 1, steps 1.2 and 1.3). In the following, a solid support prepared in this way is referred to as a substrate.

Ein Linker ist eine geeignete chemische Verbindung zwischen der Trägeroberfläche und dem ersten chemischen Baustein. Das Linkermolekül ist frei wählbar und richtet sich nach der prospektiven Anwendung. Der Linker ist ein polyfunktionelles, insbesondere bifunktionelles Molekül, das mit separaten funktionellen Gruppen eine kovalente Bindung mit dem Träger und mit dem ersten chemischen Baustein bildet. Das Substrat enthält den Linker mit einer terminalen geschützten funktionellen Gruppe. Bei der Auswahl des geeigneten Linkers zur Herstellung einer Oligomer- oder Polymerbibliothek ist zu beachten, daß die Linker unter den gewählten Synthesebedingungen stabil sind. Solche Linker werden im Falle der Oligonucleotidsynthese z. B. aus 3-Glycidoxypropyl­ trimethoxysilan oder 3-Aminopropyl-triethoxysilan hergestellt (Chemically Bonded Stationary Phases for Aqueous High Performance Exclusion Chromatography; Engelhardt, H. and Mathes, D.; Journal of Chromatography, 142 (1977) 311-320).A linker is a suitable chemical connection between the carrier surface and the first chemical building block. The linker molecule is freely selectable and adjusts itself prospective application. The linker is a polyfunctional, in particular bifunctional molecule that forms a covalent bond with separate functional groups forms with the carrier and with the first chemical building block. The substrate contains the Linker with a terminal protected functional group. When choosing the suitable linker for the production of an oligomer or polymer library is too note that the linkers are stable under the chosen synthesis conditions. Such Linkers are used in the case of oligonucleotide synthesis e.g. B. from 3-glycidoxypropyl trimethoxysilane or 3-aminopropyl-triethoxysilane (Chemically Bonded Stationary Phases for Aqueous High Performance Exclusion Chromatography; Engelhardt, H. and Mathes, D .; Journal of Chromatography, 142 (1977) 311-320).

Der Linker kann auch bereits den ersten chemischen Baustein beinhalten oder wird in einem ersten Syntheseschritt mit dem ersten chemischen Baustein verknüpft. Ein chemischer Baustein ist grundsätzlich ein an seinen funktionellen Gruppen geschütztes, zum Aufbau von Oligomeren und Polymeren geeignetes Monomer (z. B. CE-Nucleotid- Phosphoramidite, FMoc-Aminosäuren, etc.). Dieser Baustein wird durch Entschützung (Freisetzung) der für die Kettenverlängerung vorgesehenen funktionellen Gruppe aktiviert und kann so mit geeigneten Gruppen (z. B. eines zweiten chemischen Bausteins) in Wechselwirkung treten. Ein weiter Polymerisations-(Kettenverlängerungs-)Schritt wird somit eröffnet, wenn die hierfür notwendige funktionelle Gruppe des ersten Bausteins entschützt wird und so mit einer zuvor aktivierten funktionellen Gruppe eines zweiten chemischen Baustein reagieren kann. Dies erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe eines topologisch definierten (mikrostrukturierten), gegenüber den bei den Syntheseschritten verwendeten Reagenzien inerten Stempels, so daß positionstreu nur auf den definierten (vorbestimmten) Bereichen des Substrats die Entschützung erfolgt (Abb. 1, Schritt 1.4). Derartige Stempeltechniken sind an sich bekannt (Patterning self assembled monolayers: Applications in Materials Science; Amit Kumar, Hans A. Biebuyck, George M. Whitesides; Langmuir, 1994(10), 1498-1511). Nach erfolgter Entschützung liegt ein entschützter Bereich auf der Oberfläche des Substrats vor (Abb. 1, Schritt 1.5), der mit einem aktivierten chemischen Baustein reagiert (Abb. 1, Schritt 1.6).The linker can also already contain the first chemical building block or is linked to the first chemical building block in a first synthesis step. A chemical building block is basically a monomer protected by its functional groups and suitable for the construction of oligomers and polymers (e.g. CE nucleotide phosphoramidites, FMoc amino acids, etc.). This building block is activated by deprotection (release) of the functional group intended for chain extension and can thus interact with suitable groups (e.g. a second chemical building block). A further polymerization (chain extension) step is thus opened when the functional group of the first building block necessary for this is deprotected and can thus react with a previously activated functional group of a second chemical building block. This is done in the method according to the invention with the aid of a topologically defined (microstructured) stamp which is inert to the reagents used in the synthesis steps, so that deprotection is only carried out in a positionally correct manner on the defined (predetermined) regions of the substrate ( FIG. 1, step 1.4). Such stamping techniques are known per se (Patterning self assembled monolayers: Applications in Materials Science; Amit Kumar, Hans A. Biebuyck, George M. Whitesides; Langmuir, 1994 (10), 1498-1511). After deprotection, there is a deprotected area on the surface of the substrate ( Fig. 1, step 1.5) that reacts with an activated chemical building block ( Fig. 1, step 1.6).

Nach diesem Verfahren ist prinzipiell die Synthese aller Polymere und Oligomere möglich, solange diese unter den gewählten Bedingungen stabil sind (z. B. Nukleinsäuren, Peptide, Polysacharide und andere chemische Verbindungen; die durch Mehrschrittsynthese hergestellt werden, z. B. Polyterpene, usw.). Für die Synthese werden dabei zur Herstellung von Oligonucleotiden, Polynucleotiden, Peptiden, Polysacchariden, etc. geeignete Monomere als chemische Bausteine eingesetzt. Weiterhin ist auch die Synthese von Mischpolymeren aus solchen chemischen Bausteinen durchführbar; so können z. B. mit einem Nukleinsäuretag versehene Glycopeptide aufgebaut werden. Die maximale Länge der synthetisierten Ketten ist abhängig von der Schritteffizienz (Ausbeute) der gewählten Synthesechemie.In principle, this method enables the synthesis of all polymers and oligomers, as long as they are stable under the chosen conditions (e.g. nucleic acids, peptides, Polysaccharides and other chemical compounds; through multi-step synthesis are produced, e.g. B. polyterpenes, etc.). For the synthesis Production of oligonucleotides, polynucleotides, peptides, polysaccharides, etc. suitable monomers are used as chemical building blocks. The synthesis also continues  can be carried out by copolymers from such chemical building blocks; so z. B. with glycopeptides provided with a nucleic acid tag. The maximum length of the synthesized chains depends on the step efficiency (yield) of the chosen ones Synthetic chemistry.

Die Anordnung der Polymere auf der Trägeroberfläche resultiert aus dem gewählten Synthesealgorhythmus, und dieser ist im Grunde frei wählbar. Die Polymere haben eine durch den Stempelalgorhythmus bestimmte Länge und sind auf der Oberfläche eindeutig lokalisierbar. Die Methoden zur Synthese der erwähnten Polymere sind Stand der Technik.The arrangement of the polymers on the carrier surface results from the chosen one Synthesis algorithm, and this is basically freely selectable. The polymers have one length determined by the stamp algorithm and are clear on the surface localizable. The methods for the synthesis of the polymers mentioned are state of the art.

Das Verfahren zur Herstellung der Polymerbibliothek gestaltet sich im Detail wie folgt:
Die Oberfläche des Trägers wird gereinigt und vollständig mit einem geeigneten Linker versehen. Dieser Linker trägt an der terminalen funktionellen Gruppe eine abspaltbare Schutzgruppe, oder es wird in einem zusätzlichen Schritt die gesamte Oberfläche mit einem ersten chemischen Baustein mit einer terminalen geschützten funktionellen Gruppe besetzt; in beiden Fällen ist die Oberfläche geschützt und kann selektiv lokal aktiviert werden. Die Stempel bestehen aus einem chemisch inerten Material, das organische Lösungsmittel adsorbiert, z. B. Poly-di-methyl-siloxan (PDMS), wodurch eine ausreichende Menge an Reagenzien zur Entschützung spezifischer endständiger funktioneller Gruppen positionstreu auf das Substrat aufgebracht werden und so die Kopplungsreaktionen an diesen Positionen auf dem Substrat erfolgen.
The procedure for producing the polymer library is as follows in detail:
The surface of the carrier is cleaned and completely provided with a suitable linker. This linker bears a removable protective group on the terminal functional group, or in an additional step the entire surface is occupied by a first chemical building block with a terminal protected functional group; in both cases the surface is protected and can be selectively activated locally. The stamps are made of a chemically inert material that adsorbs organic solvents, e.g. B. poly-di-methyl-siloxane (PDMS), whereby a sufficient amount of reagents for deprotection of specific terminal functional groups are applied in the correct position on the substrate and so the coupling reactions take place at these positions on the substrate.

Stempel, deren aktive Oberfläche ein durch den gewählten Synthesealgorithmus vorbestimmtes Muster aufweist, werden wie folgt hergestellt. Ein Negativ der Stempel wird auf zuvor festgelegte Weise in der Photolackschicht beschichteter Wafer mikrostrukturiert und gereinigt (Abb. 2, Schritt 2.1). Die Mikrostrukturierung ermöglicht die Realisation des gewünschten Synthesealgorhythmus. Damit wird auch die selektive Ansprache von definierten Bereichen auf einer Oberfläche möglich. Di-methyl-siloxan vermischt mit einem geeigneten Härter wird auf das Negativ gegeben und zur besseren Handhabung und zum Schutz vor Kontaminierungen mit einer Glasplatte abgedeckt. Das ausgehärtete PDMS ist kovalent an das Deckglas gebunden (Abb. 2, Schritt 2.2), läßt sich aber problemlos vom Silizium und dem verbliebenen Photolack auf dem Stempelnegativ abziehen (Abb. 2, Schritt 2.3). Dieser Vorgang wird entsprechend wiederholt, bis alle für die Synthese notwendigen Stempelmuster hergestellt sind. Die Anzahl der für die Herstellung einer bestimmten Polymerbibliothek notwendigen mikrostrukturierten Stempel resultiert aus dem gewählten Synthesealgorhythmus.Stamps whose active surface has a pattern predetermined by the selected synthesis algorithm are produced as follows. A negative of the stamps is microstructured and cleaned in a predetermined manner in the photoresist layer of coated wafers ( Fig. 2, step 2.1). The microstructuring enables the desired synthesis algorithm to be realized. This also makes it possible to selectively address defined areas on a surface. Di-methyl-siloxane mixed with a suitable hardener is added to the negative and covered with a glass plate for better handling and protection against contamination. The hardened PDMS is covalently bound to the cover slip ( Fig. 2, step 2.2), but can be easily removed from the silicon and the remaining photoresist on the stamp negative ( Fig. 2, step 2.3). This process is repeated accordingly until all stamp patterns necessary for the synthesis have been produced. The number of microstructured stamps required for the production of a specific polymer library results from the chosen synthesis algorithm.

Um einen bestimmten Bereich auf dem Substrat zu aktivieren; wird der hierfür vorgesehene, spezifisch mikrostrukturierte Stempel mit dem Entschützungsreagenz beschichtet (Abb. 2, Schritt 2.4) und mit dem Substrat in Kontakt gebracht, d. h. auf das Substrat gedrückt. Die dem Stempel exponierten Stellen (Kontaktstellen) auf dem Substrat (Träger mit Linker und terminaler geschützter funktioneller Gruppe oder entsprechend geschütztem erstem chemischen Baustein, der damit zu einem Teil des Linkers wird) werden dadurch entschützt (Abb. 2, Schritte 2.5 und 1.5). Nach Abnahme des Stempels und gründlichem Waschen wird die Oberfläche des Substrats dem ersten chemischen Baustein; dessen zur Reaktion vorgesehene funktionelle Gruppe zuvor aktiviert wurde, ausgesetzt. Damit wird das Substrat an den aktivierten Stellen um ein Monomer verlängert. Danach ist die Oberfläche wieder vollständig geschützt (Abb. 1, Schritt 1.6). Allen Syntheseschritten ist ein Waschschritt mit einem inerten Lösungsmittel zwischengeschaltet. Die genannten Schritte werden in der gleichen Reihenfolge solange wiederholt, bis die gewünschte Kettenlänge erreicht ist.To activate a specific area on the substrate; the specifically microstructured stamp provided for this purpose is coated with the deprotection reagent ( Fig. 2, step 2.4) and brought into contact with the substrate, ie pressed onto the substrate. The areas exposed to the stamp (contact points) on the substrate (carrier with linker and terminally protected functional group or correspondingly protected first chemical building block, which thus becomes part of the linker) are thereby deprotected ( Fig. 2, steps 2.5 and 1.5). After removing the stamp and washing thoroughly, the surface of the substrate becomes the first chemical building block; whose functional group intended for the reaction was previously activated. This extends the substrate by one monomer at the activated sites. The surface is then completely protected again ( Fig. 1, step 1.6). A washing step with an inert solvent is interposed between all synthesis steps. The steps mentioned are repeated in the same order until the desired chain length is reached.

Die Zahl der Orte auf der Oberfläche ("Loci"), die separat angesprochen werden müssen, ist gleich der Zahl der gewünschten Variationen einer Polymerkette. Sollen alle Variationen eines Polymers der Länge L hergestellt werden und die Anzahl M an chemischen Bausteinen verwendet werden so ergibt sich für die Zahl der separaten Loci Z:
Z = ML. Die Zahl der hierzu notwendigen Stempel S beträgt allerdings nur: S = M × L (Abb. 3). Die Maße der so hergestellten Polymerbibliothek können ausgesprochen klein gehalten werden, da selbst elektronenlithographisch hergestellte Negative genau kopiert werden können. Damit ist die Grenze für die Miniaturisierung der Polymerbibliothek mit der Grenze der Mikrosystemtechnik identisch (Microcontact Printing of Self-Assembled Monolayers: A flexible New Technique for Microfabrication; James L. Wilbur, Amit Kumar, Enoch Kirn; George M. Whitesides; Journal of the American Chemical Society, 1992(114), 9188-89). Die maximale Länge der Polymere ist lediglich abhängig von der gewählten Synthesechemie; es kann die gemäß Literaturangaben oder eigenen Erfahrungen am meisten erfolgversprechende genutzt werden. Das Verfahren ist ökonomisch, da die Oberfläche bei großer Varianz der Polymere klein gehalten werden kann.
The number of locations on the surface ("loci") that have to be addressed separately is equal to the number of desired variations of a polymer chain. If all variations of a polymer of length L are to be produced and the number M of chemical building blocks is used, then the number of separate loci Z results in:
Z = M L. However, the number of stamps S required for this is only: S = M × L ( Fig. 3). The dimensions of the polymer library produced in this way can be kept extremely small, since even negatives produced by electron lithography can be copied precisely. The limit for the miniaturization of the polymer library is thus identical to the limit for microsystem technology (Microcontact Printing of Self-Assembled Monolayers: A flexible New Technique for Microfabrication; James L. Wilbur, Amit Kumar, Enoch Kirn; George M. Whitesides; Journal of the American Chemical Society, 1992 (114), 9188-89). The maximum length of the polymers depends only on the synthetic chemistry chosen; the most promising according to the literature or own experience can be used. The process is economical because the surface can be kept small with a large variance of the polymers.

Es ist möglich, die abgespaltenen Schutzgruppen beim Entschützen aufzufangen. Ihre Quantifizierung ist ein direktes Maß für die Schritteffizienz. Denkbar ist auch, die terminale Schutzgruppe an der Kette zu belassen und damit einen Marker zur Mengenbestimmung zur Verfügung zu haben. Eine weitere Möglichkeit besteht in der terminalen Markierung der Syntheseprodukte mit einer fluoreszierenden Gruppe.It is possible to capture the protective groups that are split off during deprotection. Your Quantification is a direct measure of step efficiency. It is also conceivable that terminal protective group on the chain and thus a marker for To have quantity determination available. Another possibility is the Terminal labeling of the synthesis products with a fluorescent group.

Die Anwendungsgebiete solcher erfindungsgemäß herstellbaren Bibliotheken sind ausgesprochen vielfältig. Beispiele solcher Anwendungsgebiete sind ein molekulares Screening auf Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Molekülspezies (s. o.) sowie die Sequenzierung von Nucleinsäuren durch Hybridisierung.The fields of application of such libraries which can be produced according to the invention are extremely diverse. Examples of such fields of application are molecular Screening for interactions between different molecular species (see above) and the Sequencing of nucleic acids by hybridization.

AusführungsbeispielEmbodiment Herstellung einer Oligonucleotidbibliothek mit allen Variationen eines Trimers mit den vier natürlich vorkommenden BasenPreparation of an oligonucleotide library with all variations a trimer with the four naturally occurring bases

Die Gesamtzahl der zu synthetisierenden Oligonucleotide beträgt 64. Jedes der 64 Oligonucleotide ist drei Basen lang.The total number of oligonucleotides to be synthesized is 64. Each of the 64 Oligonucleotides are three bases long.

Der Linker wird wie folgt hergestellt: ein Quarzglas wird im Ultraschallbad gereinigt und in eine 25%ige Lösung von 3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan in Xylol enthaltend eine katalytische Menge an N-Ethyldiisopropylamin getaucht; das Gefäß wird dicht abgeschlossen und 8 h bei 80°C gehalten. Danach wird in Xylol und Ethylenglycol gewaschen. Das Glas wird in Ethylenglycol gestellt und der pH-Wert der Lösung durch Zugabe von Schwefelsäure auf 5 eingestellt; die Reaktion dauert 8 h bei 80°C. Nach Abschluß der Reaktion wird das Glas gründlich mit Methanol und Diethylether gewaschen und im Trockenofen getrocknet (Chemically Bonded Stationary Phases for Aqueous High Performance Exclusion Chromatography, Engelhardt, H. and Mathes, D., Journal of Chromatography, 142 (1977) 311-320). Damit befindet sich auf dem Glas eine Monoschicht aus Hydroxyethyloxyethyloxypropyl-siloxan, die bereitwillig mit Tetrazolyl Nucleotidphosphoramiditen (aktivierter chemischer Baustein) reagiert. Alle folgenden Herstellungsschritte werden bei Raumtemperatur und unter trockenem Schutzgas durchgeführt, da die genutzten Reagenzien feuchtigkeitsempfindlich sind (z. B. in einem Laborzelt (Atmosbag), das mit Argon befüllt wird). Ein beliebiges FOD (fast oligonucleotide deprotection)-Nucleotid-Phosphoramidit (z. B. FOD-dG-CE- Phosphoramidit), dessen 5′OH-Gruppe mit Dimethoxytrityl(DMT) geschützt ist, wird zu gleichen Teilen in Acetonitril und Tetrazol gelöst, so daß eine 0.1 M Lösung eines aktivierten Nucleotidphosphoramidits vorliegt. Diese Lösung wird auf das zuvor mit Acetonitril gewaschene Glas für 30 Minuten gegeben. Nach Waschen mit Acetonitril wird mittels einer 0.02 M Jod-Lösung (in Tetrahydrofuran; Pyridin und Wasser) das Phosphit zum Phosphat oxidiert und danach gründlich mit Acetonitril gewaschen. Damit liegt eine Di-methoxy-trityl-geschützte Oberfläche auf dem Glas vor.The linker is manufactured as follows: a quartz glass is cleaned in an ultrasonic bath and in a 25% solution of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in xylene containing one catalytic amount of N-ethyldiisopropylamine immersed; the vessel becomes tight completed and kept at 80 ° C for 8 h. Then it is in xylene and ethylene glycol washed. The glass is placed in ethylene glycol and the pH of the solution is determined Addition of sulfuric acid set to 5; the reaction lasts 8 h at 80 ° C. After At the end of the reaction, the glass is washed thoroughly with methanol and diethyl ether and dried in a drying oven (Chemically Bonded Stationary Phases for Aqueous High Performance Exclusion Chromatography, Engelhardt, H. and Mathes, D., Journal of Chromatography, 142 (1977) 311-320). So there is one on the glass Monolayer of hydroxyethyloxyethyloxypropyl siloxane, which readily with tetrazolyl Nucleotide phosphoramidites (activated chemical building block) reacts. All of the following Manufacturing steps are carried out at room temperature and under dry protective gas  carried out because the reagents used are sensitive to moisture (e.g. in a Laboratory tent (Atmosbag, which is filled with argon). Any FOD (almost oligonucleotide deprotection) nucleotide phosphoramidite (e.g. FOD-dG-CE- Phosphoramidite), whose 5′OH group is protected with dimethoxytrityl (DMT), becomes equal parts dissolved in acetonitrile and tetrazole, so that a 0.1 M solution of a activated nucleotide phosphoramidite is present. This solution is based on the previous one Given acetonitrile washed glass for 30 minutes. After washing with acetonitrile the phosphite using a 0.02 M iodine solution (in tetrahydrofuran; pyridine and water) Oxidized to phosphate and then washed thoroughly with acetonitrile. So that's one Di-methoxy-trityl-protected surface on the glass in front.

Die Stempel werden nach dem in den Abb. 2 und 3 dargestellten Algorhythmus hergestellt und angewandt. Jeder Synthesezyklus beinhaltet einen Stempelschritt und besteht aus einem einheitlichen Procedere: 1.) Waschen mit Dichlormethan (0.5 min), 2.) Entschützen der 5′-Hydroxylgruppe (Detritylierung, 5 min) mit 2% Trichloressigsäure (TCA) in Dichlormethan; erfolgt mit dem Stempel, 3.) mehrmaliges Waschen mit Acetonitril (jeweils 2.5 min), 4.) Kondensation (Zugabe von Tetrazolyl-Nucleotid- Phosphoramidit, 5 min), Kopplung erfolgt nur an zuvor entschützten Stellen; 5.) Waschen mit Acetonitril (2.5 min), 6.) Oxidation mit 0.02 M Jod in Tetrahydrofuran,Pyridin und Wasser (5 min), 7.) Waschen mit Acetonitril (2 min). Damit ist ein Synthesezyklus abgeschlossen.The stamps are produced and applied according to the algorithm shown in Figs. 2 and 3. Each synthesis cycle contains a stamp step and consists of a uniform procedure: 1.) washing with dichloromethane (0.5 min), 2.) deprotection of the 5′-hydroxyl group (detritylation, 5 min) with 2% trichloroacetic acid (TCA) in dichloromethane; done with the stamp, 3.) repeated washing with acetonitrile (2.5 min each), 4.) condensation (addition of tetrazolyl nucleotide phosphoramidite, 5 min), coupling only takes place at previously deprotected points; 5.) Washing with acetonitrile (2.5 min), 6.) Oxidation with 0.02 M iodine in tetrahydrofuran, pyridine and water (5 min), 7.) Washing with acetonitrile (2 min). This completes a synthesis cycle.

Die verwendeten Lösungen und Reagenzien sind Standard in der FOD-Phosphoramidit- Nucleotidsynthese (Models 392-394 DNA/RNA Synthesizers, Users Manual, ABI, 1992). Die Waschlösungen werden über die Oberfläche kontinuierlich gespült, die Reagenzien verbleiben auf der Oberfläche für die angegebene Zeit.The solutions and reagents used are standard in the FOD phosphoramidite Nucleotide synthesis (Models 392-394 DNA / RNA Synthesizers, Users Manual, ABI, 1992). The washing solutions are continuously rinsed over the surface, the reagents remain on the surface for the specified time.

Nach den ersten vier Stempelschritten sind vier Oligonucleotide mit der Länge 1 synthetisiert. Nach vier weiteren Stempelschritten sind 16 Oligonucleotide der Länge 2 synthetisiert, und nach weiteren vier Stempelschritten sind 64 Oligonucleotide der Länge 3 synthetisiert. Die terminalen Schutzgruppen werden mit 2%iger TCA abgespalten, vorhandene Schutzgruppen der exocyclischen Aminogruppen der Basen (Dimethylformamid-Gruppe bei Adenosin und Guanosin und Isobutyryl-Gruppe bei Cytidin, Thymidin besitzt keine exocyclische Aminogruppe) und am Phosphat (β-Cyanoethyl-Gruppe) werden mit konzentrierter Ammoniak-Lösung abgespalten (1 h bei 55°C oder 8 h bei Raumtemperatur). Der verwendete Linker ist bei allen Schritten stabil, so daß nach vollständiger Entschützung die Oligonucleotide am Träger verbleiben. Damit ist die Oligonuclotid-Trimer-Bibliothek hergestellt. Die Ausbeute wird durch Absorptionsmessungen der abgespaltenen DMT-Gruppen bestimmt und ist nahezu quantitativ.After the first four stamping steps there are four oligonucleotides with length 1 synthesized. After four further stamping steps, 16 oligonucleotides are 2 in length synthesized, and after a further four stamping steps there are 64 oligonucleotides of length 3 synthesized. The terminal protecting groups are split off with 2% TCA, existing protective groups of the exocyclic amino groups of the bases (Dimethylformamide group for adenosine and guanosine and isobutyryl group for Cytidine, thymidine has no exocyclic amino group) and on the phosphate (β-cyanoethyl group) are split off with concentrated ammonia solution (1 h at 55 ° C or 8 h at room temperature). The linker used is stable in all steps, so that after complete deprotection the oligonucleotides remain on the support. In order to is the oligonucleotide trimer library made. The yield is through Absorption measurements of the cleaved DMT groups are determined and are almost quantitatively.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Matrix-gebundenen miniaturisierten kombinatorischen Polymer- und Oligomerbibliothek von Nukleinsäuren, Peptiden, Zuckern und anderen chemischen Verbindungen, die durch Mehrschrittsynthese hergestellt werden; und Kombinationen daraus, unter Verwendung eines chemisch inerten Stempels, dessen aktive Oberfläche eine durch den gewählten Synthesealgorithmus vorbestimmte Mikrostrukturierung aufweist, wodurch ein selektives Ansprechen definierter Loci auf einem Substrat ermöglicht wird, und eines Substrats, bei dem es sich um einen festen inerten Träger handelt, auf dessen Oberfläche eine Monoschicht aus einem Linker mit einer terminalen geschützten funktionellen Gruppe kovalent gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a. besagter Stempel in eine Lösung enthaltend ein für die Freisetzung der terminalen geschützten funktionellen Gruppen geeignetes Entschützungsreagenz getaucht wird,
  • b. der mit dem Entschützungsreagenz benetzte Stempel mit dem besagtem Substrat in Kontakt gebracht wird, wodurch an den Kontaktflächen die terminalen funktionellen Gruppen freigesetzt werden,
  • c. nach Waschen mit einem inerten Lösungsmittel das Substrat mit einem ersten aktivierten chemischen Baustein überschichtet wird, wodurch an den freigesetzten terminalen funktionellen Gruppen eine Kettenverlängerung durch den besagten chemischen Baustein erfolgt,
  • d. die Synthesefolge der Schritte a-c beliebig oft wiederholt wird, bis die gemäß Synthesealgorithmus gewünschte Kettenlänge hergestellt ist, wobei bei jedem Syntheseschritt definierte Loci auf besagtem Substrat durch Verwendung von Stempeln mit vorbestimmten Mustern angesprochen werden.
1. A method for producing a matrix-bound miniaturized combinatorial polymer and oligomer library of nucleic acids, peptides, sugars and other chemical compounds which are produced by multi-step synthesis; and combinations thereof, using a chemically inert stamp, the active surface of which has a microstructuring predetermined by the chosen synthesis algorithm, which enables a selective response of defined loci on a substrate, and a substrate which is a solid inert carrier, on the surface of which a monolayer of a linker with a terminal protected functional group is covalently bound, characterized in that
  • a. said stamp is immersed in a solution containing a deprotection reagent suitable for the release of the terminal protected functional groups,
  • b. the stamp wetted with the deprotection reagent is brought into contact with the said substrate, as a result of which the terminal functional groups are released at the contact areas,
  • c. after washing with an inert solvent, the substrate is overlaid with a first activated chemical building block, as a result of which the chemical building block extends the released terminal functional groups,
  • d. the synthesis sequence of steps ac is repeated any number of times until the chain length desired according to the synthesis algorithm is produced, with defined loci on said substrate being addressed in each synthesis step by using stamps with predetermined patterns.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der chemische Baustein ein an seinen funktionellen Gruppen geschütztes, zum Aufbau von Oligomeren und Polymeren geeignetes Monomer ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the chemical building block protected on its functional groups, for the construction of oligomers and polymers suitable monomer. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als chemischer Baustein ein zur Herstellung von Oligonucleotiden, Polynucleotiden, Peptiden, Polysacchariden oder entsprechenden Mischpolymeren geeignetes Monomer eingesetzt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that as a chemical building block for the production of oligonucleotides, polynucleotides, peptides, polysaccharides or appropriate copolymer suitable monomer is used.
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19741084A1 (en) * 1997-09-18 1999-03-25 Knoell Hans Forschung Ev New library of chemically modified nucleic acid molecules
WO2000053310A1 (en) * 1999-03-08 2000-09-14 Commissariat A L'energie Atomique Method for producing a matrix of sequences of chemical or biological molecules for a chemical or biological analysis device
WO2000056921A2 (en) * 1999-03-22 2000-09-28 Paul Cullen Nucleic acid combination
DE10004659A1 (en) * 2000-02-03 2001-08-16 Deutsches Krebsforsch Synthesizing carrier bound arrays of oligomers, useful for performing parallel polymerase chain reactions, e.g. for gene expression analysis, includes reversal of orientation
DE10030588A1 (en) * 2000-06-21 2002-01-03 Deutsches Krebsforsch Synthesizing carrier bound arrays of oligomers, useful for performing parallel polymerase chain reactions, e.g. for gene expression analysis, includes reversal of orientation
US6365418B1 (en) 1998-07-14 2002-04-02 Zyomyx, Incorporated Arrays of protein-capture agents and methods of use thereof
WO2002074433A2 (en) * 2001-03-16 2002-09-26 Lifebits Ag Method and devices for applying reagents to punctiform locations
WO2002087769A2 (en) * 2001-04-26 2002-11-07 Lifebits Ag Method for parallel synthesis and transfer of molecules to a substrate
US6576478B1 (en) 1998-07-14 2003-06-10 Zyomyx, Inc. Microdevices for high-throughput screening of biomolecules
WO2003056337A1 (en) * 2001-12-21 2003-07-10 Biacore Ab Immobilization of binding agents
US6682942B1 (en) 1998-07-14 2004-01-27 Zyomyx, Inc. Microdevices for screening biomolecules
US6897073B2 (en) 1998-07-14 2005-05-24 Zyomyx, Inc. Non-specific binding resistant protein arrays and methods for making the same
WO2006056948A1 (en) * 2004-11-25 2006-06-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method for chemically activating molecules or protecting active molecules
US7794946B1 (en) 1998-02-04 2010-09-14 Life Technologies Corporation Microarray and uses therefor
EP2260936A2 (en) 2004-11-25 2010-12-15 CLONDIAG GmbH Method for specifically located synthesis of biopolymers on solid carriers

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19741084A1 (en) * 1997-09-18 1999-03-25 Knoell Hans Forschung Ev New library of chemically modified nucleic acid molecules
US8637264B2 (en) 1998-02-04 2014-01-28 Life Technologies Corporation Microarrays and uses therefor
US8012703B2 (en) 1998-02-04 2011-09-06 Life Technologies Corporation Microarrays and uses therefor
US7794946B1 (en) 1998-02-04 2010-09-14 Life Technologies Corporation Microarray and uses therefor
US6576478B1 (en) 1998-07-14 2003-06-10 Zyomyx, Inc. Microdevices for high-throughput screening of biomolecules
US6682942B1 (en) 1998-07-14 2004-01-27 Zyomyx, Inc. Microdevices for screening biomolecules
US6630358B1 (en) 1998-07-14 2003-10-07 Zyomyx, Incorporated Arrays of proteins and methods of use thereof
US6897073B2 (en) 1998-07-14 2005-05-24 Zyomyx, Inc. Non-specific binding resistant protein arrays and methods for making the same
US6365418B1 (en) 1998-07-14 2002-04-02 Zyomyx, Incorporated Arrays of protein-capture agents and methods of use thereof
WO2000053310A1 (en) * 1999-03-08 2000-09-14 Commissariat A L'energie Atomique Method for producing a matrix of sequences of chemical or biological molecules for a chemical or biological analysis device
FR2790766A1 (en) * 1999-03-08 2000-09-15 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR MAKING A MATRIX OF SEQUENCES OF CHEMICAL OR BIOLOGICAL MOLECULES FOR A CHEMICAL OR BIOLOGICAL ANALYSIS DEVICE
WO2000056921A2 (en) * 1999-03-22 2000-09-28 Paul Cullen Nucleic acid combination
WO2000056921A3 (en) * 1999-03-22 2002-03-14 Paul Cullen Nucleic acid combination
DE10004659A1 (en) * 2000-02-03 2001-08-16 Deutsches Krebsforsch Synthesizing carrier bound arrays of oligomers, useful for performing parallel polymerase chain reactions, e.g. for gene expression analysis, includes reversal of orientation
DE10030588A1 (en) * 2000-06-21 2002-01-03 Deutsches Krebsforsch Synthesizing carrier bound arrays of oligomers, useful for performing parallel polymerase chain reactions, e.g. for gene expression analysis, includes reversal of orientation
WO2002074433A3 (en) * 2001-03-16 2003-02-20 Lifebits Ag Method and devices for applying reagents to punctiform locations
WO2002074433A2 (en) * 2001-03-16 2002-09-26 Lifebits Ag Method and devices for applying reagents to punctiform locations
WO2002087769A3 (en) * 2001-04-26 2003-12-31 Lifebits Ag Method for parallel synthesis and transfer of molecules to a substrate
WO2002087769A2 (en) * 2001-04-26 2002-11-07 Lifebits Ag Method for parallel synthesis and transfer of molecules to a substrate
WO2003056337A1 (en) * 2001-12-21 2003-07-10 Biacore Ab Immobilization of binding agents
WO2006056948A1 (en) * 2004-11-25 2006-06-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method for chemically activating molecules or protecting active molecules
EP2260936A2 (en) 2004-11-25 2010-12-15 CLONDIAG GmbH Method for specifically located synthesis of biopolymers on solid carriers

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