In, immer mehr medizinischen und wissenschaftlichen Anwendungen wer- den Proben, die DNA-oder RNA-Moleküle enthalten, mit Hilfe von ge- eigneten DNA-Arrays qualitativ bzw. quantitativ analysiert. Bei der Analyse wird die Bindung bzw. Hybridisierung der gewonnenen DNA- Moleküle an geeignete, auf dem Array immobilisierte DNA-Fragmente, sogenannte Targets, detektiert.

Hierzu bedarf es der Herstellung geeigneter DNA-Arrays, die auch Biochips genannt werden. Diese werden in der Regel ausgehend von Mikrotiterplatten hergestellt, die Lösungen mit geeigneten DNA- Fragmenten in den Wells enthalten. Die Wells sind kleine Vertiefun- gen mit einem Volumen pro Well von beispielsweise 20 ul. Jedes Well enthält ein bekanntes, speziell synthetisiertes DNA-Fragment. Zum Aufbau eines DNA-Arrays werden jeweils z. B. 220 pl Lösung aus einem Well auf eine genau definierte Position auf z. B. einem Objektträger (Slide) pipettiert. Dies wird von sog. Spotting-Robotern durchge- führt. Die pipettierten DNA-Fragmente werden anschließend auf dem Slide oder Chip oder Targetträger immobilisiert.

Danach wird die zu analysierende Probe auf den Targetträger bzw. das DNA-Array gegeben. Die Probe enthält radioaktiv oder mit Farbstoffen markierte DNA-oder RNA-Moleküle. In einer speziellen Hybridisie- rungskammer erfolgt bei geeigneter Temperatur die Hybridisierung.

Nicht hybridisierte bzw. unspezifisch gebundene DNA oder RNA aus der zu untersuchenden Probe wird durch Spülen entfernt. Hybridisierte DNA-oder RNA-Moleküle werden entsprechend ihrer Markierung in ei- nem Reader detektiert.

Als Nachweismöglichkeiten kommen grundsätzlich der Nachweis radioak- tiver Strahlung der Probe sowie der Nachweis von Fluoreszenzsignal in Betracht. Fluoreszenzsignale können sich aus einer Fluoreszenz- markierung der Probe oder des Targets ergeben oder durch Interkala- toren. Auch können Energietransfer oder Mechanismen der Fluoreszenz- löschung zwischen Probe und Target ausgenutzt werden.

Schwierigkeiten bereitet dabei, dass derartige DNA-Arrays von Her- steller zu Hersteller unterschiedlich aufgebaut sind. Ihr genauer Aufbau hängt in der Regel von der jeweiligen Befüllung der Mikroti- terplatten und der Anordnung der Applikatoren (Nadeln, Piezodüsen etc.) der Spotting-Roboter ab. Die unterschiedlichen DNA-Array- Formate bzw.-Designs führen leicht zu Auswertefehlern,. die aufgrund' von Verwechslung oder durch Auflegen falscher oder nicht korrekt an- gepasster Auswertemasken entstehen. Selbst bei korrekter Auswerte- vorbereitung kann es durch fehlerhafte Analyse von Leit-oder Kon- trollspots zu Auswertefehlern durch Auswertemaskenverschiebung kom- men. Zu einem hohen Sicherheitsrisiko führen diese Fehler in der medizinischen Gendiagnose, welche, ein Hauptanwendungsgebiet der DNA-, Chips darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Analysen-und Auswerte-Sicherheit bei der Verwendung von Arrays-und DNA-Chips zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen gemäß den unabhängigen An- sprüchen-gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird ein Analysen-Chip verwendet, auf dem unter- schiedliche Arten von Molekülen in jeweils zugeordneten räumlichen Bereichen immobilisiert sind. Typischerweise handelt es sich dabei um DNA-Arrays. Die immobilisierten Moleküle sind dann z. B. eindeutig ein Gen identifizierende Genabschnitte oder Oligonukleotide. Es kön- nen aber auch Antikörper-, Protein-, Allergen-Arrays etc. oder nichtpeptidische chemische Substanzbibliotheken sein. Die Analysen- Chips dienen in der Regel zum Nachweis von Bindungsreaktionen. Es ist aber auch der Nachweis einer enzymatischen Aktivität möglich.

Der einer Art von Molekülen zugeordnete räumliche Bereich ist in der Regel ein Rechteck oder ein Kreis, wie er bei Spottingverfahren ent- steht. Durch mehrere Spots eines Targets innerhalb eines Bereichs kann der Bereich aber auch linear oder nach einem vorgegeben Schema über den ganzen Analysen-Chip verteilt sein, um Ungleichmäßigkeiten in der Hybridisierung auszugleichen oder ausfindig zu machen und um eine Redundanz der Hybridisierungsreaktion zu erzeugen, die die Si- cherheit der Markeranalyse erhöht.

Erfindungsgemäß wird für jede Art von Molekülen ein zugehöriger Code in einem zugehörigen räumlichen Bereich auf dem Analysen-Chip ausge- bildet, wobei der Code angibt, welche Art von Molekülen in dem je- weiligen Bereich immobilisiert ist.

Jeder Art von Molekülen ist einerseits ein räumlicher Bereich zuge- ordnet, in dem diese Moleküle immobilisiert sind. Andererseits ist jeder Art von Molekülen ein Code zugeordnet. Zu jedem Code gehört wiederum ein räumlicher Bereich auf dem Analysen-Chip, in dem er ausgebildet ist. Dieser zugehörige räumliche Bereich kann mit dem räumlichen Bereich identisch sein, in dem die Moleküle immobilisiert sind. Er kann aber auch diesem räumlichen Bereich benachbart sein oder dem Immobilisierungsbereich nach einem festen Schema zugeordnet sein.

Bei einer Nachweisreaktion kann gleichzeitig der Code ausgelesen werden und, somit festgestellt, werden, an. wel. che Art von Molekülen die Probe gebunden hat. Es bedarf dann keiner array-spezifischer Angaben mehr. über die Art und Anordnung der Moleküle auf einem Bei- blatt oder in einer begleitenden Software. Eine Verwechslung ver- schiedener Arten von Molekülen ist damit ausgeschlossen. Die Sicher- heit in der Handhabung, Auswertung und Diagnose ist dadurch wesent- lich erhöht.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Code durch die Anordnung der Moleküle selbst in dem zugehörigen räumlichen Be- reich ausgebildet. Auf diese Weise können in nur einem Schritt das Reaktionsergebnis und der Code ausgelesen werden.

Besonders einfach kann dies dadurch erfolgen, dass jeder einer vor- gegebenen Art von Molekülen zugeordnete räumliche Bereich auf dem Analysen-Chip in eine Mehrzahl von Spots unterteilt ist, und dass der Code ein Binärcode ist, der dadurch erzeugt wird, dass in eini- gen dieser Spots Moleküle immobilisiert sind und in den verbleiben- den Spots nicht.

Der Binärcode kann beispielsweise dadurch kodiert sein, das einem immobilisierten Spot eine 1 und einem freien Spot eine Null ent- spricht, oder umgekehrt. In einer etwa auf dem Internet allgemein zugänglichen Datenbanken kann erklärt werden, wie die einzelnen Co- des den immobilisierten Molekülarten zugeordnet werden.

Im Nebeneffekt erhält man eine Redundanz der Hybridisierungsreakti- on, da es für jede Art von Molekülen mehr als einen Spot gibt. Eine solche Art der Redundanz kann als"interne"Redundanz bezeichnet werden. Von"externer"Redundanz wird gesprochen, wenn einer Mole- külart mehr als ein Code zugeordnet ist, so dass der Code der Mole- külart unter Umständen noch erkannt werden kann, wenn ein Spot z. B. wegen technischer Unzulänglichkeiten kein vollständiges Hybridisie- rungssignal liefert, obwohl dies zu erwarten gewesen wäre. Die Codes können für die externe Redundanz hinsichtlich Fehlertoleranz opti- miert gewählt werden. Im einfachsten Fall wird dies, dadurch er- reicht, dass mehr Bits pro Code verwendet werden, als minimal nötig wären, etwa 4 statt 3. Der Molekülart werden dann sowohl der 4-Bit- Code, als auch alle 3-Bit-Codes zugeordnet, die sich ergeben, wenn ein. Spot bzw. Bit nicht erkannt werden kann.

Alternativ dazu kann der Code unabhängig von den immobilisierten Mo- lekülen auf dem Analysen-Chip ausgebildet sein. Der Code kann. dann mit üblichen Mitteln, etwa einem Laserschreiber wie bspw. nach dem CD-Brennerprinzip oder einem hochauflösenden Printer erzeugt werden.

Beispielsweise kann der Code auf der Unterseite des Analysen-Chips angeordnet sein. Für eine Nachweisreaktion wird in diesem Fall zu- nächst der Code auf der Unterseite des Analysen-Chips. in einem den Molekülspots eindeutig zugeordneten Bereich, z. B. der gleichen räum- lichen Position, gelesen. Anschließend wird der Analysen-Chip umge- dreht und das Hybridisierungssignal, beispielsweise ein Fluoreszenz- signal oder radioaktive Strahlung wird ausgelesen. Im folgenden kon- zentrieren sich die Beispiele auf Fluoreszenzsignale allgemeiner Art.

Bei transparenten Trägern, wie. Glas oder Kunststofffolien, können Code und Fluoreszenz gleichzeitig ausgelesen werden.

Weiterhin können Code und Spots auf der gleichen Trägerseite aufge- bracht werden, wobei Targetspots und Code sich im gleichen räumli- chen Bereich befinden und die oder der Targetspot (s) auf den Codebe- reich aufgebracht werden.

Schließlich kann der Code zwischen den Spots ausgebildet werden, et- wa in den Lücken zwischen kreisförmigen Spots. In einem solchen Fal- le muss jeweils nur ein einziger Spot pro Molekülart aufgebaut wer- den. Der Code kann mit gängigen technischen Mitteln, wie Laserbe- schriften oder Microspotting (Piezo, Pin, Imprint etc.) aufgebracht werden.

Bevorzugterweise wird der Code in Form eines zweidimensionalen Bar- codes ausgebildet. Dieser kann sich an gängigen Standards orientie- ren, etwa dem Symbol Typ C aus dem Code One des Unternehmens Axtel, Inc., Fountain Valley, CA 92708, USA, www. Axtel. com, der 64 alphanumerische Zeichen codieren kann.

Der Code könnte dann eine alphanumerische Zeichenfolge codieren, die den Namen der jeweils immobilisierten Art von Molekülen darstellt, z. B. die Annotation des Gens, wie er in einer öffentlich zugängli- chen Datenbank definiert ist. Es brachte dann nicht mehr in einer etwa auf dem Internet allgemein zugänglichen Datenbank erklärt zu werden, wie die einzelnen Codes den immobilisierten Molekülarten zu- geordnet werden. Hinreichend wäre in einem solchen Falle der einfa- che Hinweis auf Code One Typ C von'Axtel'auf dem Chip, verbundenen mit einem Hinweis auf die Datenbank, in der sich die Sequenzen der Gene mit der jeweiligen Annotation finden.

Generell könnte zu jedem globales Datenbankeintrag (z. B. in der EMBL-Datenbank) auch ein standardisierter Array-Code abgelegt wer- den, der die eindeutige und sichere Zuordnung von Molekülarten auf allen zwei-bzw. mehrdimensionalen Ablageformaten erlaubt.

Um die Sicherheit des. Auslesens weiter zu erhöhen, können auf dem Analysen-Chip zusätzlich Positionsmarken ausgebildet sein. Diese können z. B. durch einen der Bereiche mit einer Mehrzahl von Spots gebildet werden, wobei jeder Spot immobilisierte Moleküle trägt, während in den Bereichen mit Molekülen, die für die Bindungsreaktion verwendet werden, nicht alle Spots belegt sind. Denn auf letzteren ist ein Code ausgebildet, der aus belegten und unbelegten Spots be- steht.

Z. B. könnten grundsätzlich auf einem Bereich von 5 x 5 Spots nur 5 Spots als Code mit immobilisierten Molekülen belegt sein, d. h. nur 5 Bits"gesetzt"sein. Das ergäbe insgesamt (25 über 5) Codiermöglich- keiten, das sind 53130. Die Positionsmarken könnten sich hingegen dadurch auszeichnen, dass alle 25 Spots belegt sind und zusätzlich als Grundmuster für den Auswertealgorithmus dienen. Allgemein sollen insgesamt so wenig Positionsmarken wie möglich aufgebracht werden, da durch diese nicht zu vernachlässigend viel Spottingfläche bean- sprucht wird.

Bei den heute üblichen Array-Chips sind sehr viele Positionsmarken für ein halbwegs sicheres Auslesen vonnöten.

Dagegen ermöglicht bereits eine Positionsmarke bei einem einen er- findungsgemäßen Code tragenden Chip eine genaue räumliche Orientie- rung des Analysen-Chips.

Ferner können die Codes derart gewählt werden, dass bei einer Aus- wertemasken-Verschiebung des Auslesens um eine Zeile oder Spalte kein sinnvoller Code mehr erkannt wird. Einerseits erhöht dies die Sicherheit gegen falsches Auslesen im Falle von Verschiebungen. An- dererseits kann so auch erkannt werden, dass hier wohl eine Masken- verschiebung vorliegt.

Sinnvollerweise wird der Code hierarchisch aufgebaut. Beispielsweise kann der Code aus einem ersten Teil bestehen, der den Organismus be- schreibt, aus dem ein Gen stammt, während ein zweiter Teil des Codes das Gen selbst benennt. Auf diese Weise können Analysen-Chips aufge- baut werden, die etwa sämtliche Gene des Menschen bzw. sämtliche Ge- ne der Maus oder eines anderen Organismus jeweils tragen.

Der hierarchische Code kann aus, einem ersten und einem zweiten Teil. bestehen. Der erste Teil des hierarchischen Codes kann beispielswei- se in den Positionsmarken angeordnet sein, während der zweite Teil in den jeweiligen Bereichen der immobilisierten Moleküle angeordnet ist. Dabei sollte sich die Art der Codierung des zweiten Teils des Codes in den jeweiligen Bereichen und die Art der Codierung des ers- ten Teils des Codes in den Positionsmarken eindeutig voneinander un- terscheiden, damit die Positionsmarken noch als solche erkannt wer- den können.

Z. B. könnten für die Codierung der Annotation eines Gens 5 Bits aus 5 x 5 = 25 gesetzt sein, während für den Organismus, aus dem das Gen stammt, 5 Bits aus 5 x 5 = 25 nicht gesetzt sind, d. h. 20 Bits gesetzt sind. Auf diese Weise lässt sich eine universale Architektur für DNA-Arrays für Gentests aufbauen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann innerhalb eines räumlichen Bereichs, der einer ersten Art von Molekülen zugeordnet ist, zusätz- lich eine zweite Art von Molekülen immobilisiert sein. Für beide Ar- ten von Molekülen kann jeweils der zugehörige Code durch die Anord- nung der Moleküle innerhalb des einen räumlichen Bereichs ausgebil- det sein.

Wird beispielsweise ein Bereich von 10 x 10 Slots (das sind Platz- halter für Spots) gebildet, von denen nur 3 Bits gesetzt sind (ent- sprechend (100 über 3) = 161700 Codiermöglichkeiten), so blieben noch 97 Slots frei. Die restlichen 97 Slots können noch genutzt wer- den, um Platz zu sparen und so den Analysen-Chip besser auszunutzen.

Das Auslesen einer Bindungsreaktion kann dann beispielsweise über zwei unterschiedlich gefärbte DNA-Fragmenten in der Probe erfolgen Bei einer derartigen mehrfachen Belegung eines Bereichs sollte ver- mieden werden, dass zwei Arten von Molekülen auf ein und denselben Slot immobilisiert werden, da eine solche Doppelbelegung zu Schwie- rigkeiten beim Auslesen von Fluoreszenzsignalen führen kann. Vermie- den werden kann dies durch eine geeignete Auswahl der Arten von Mo- lekülen bzw. der Codes. Im einfachsten Fall liegt ein Code in einer räumlichen Hälfte des Bereichs und der zweite Code im verbleibenden Teil des Bereichs. Insgesamt können die Molekülarten und Codes der- art gewählt werden, dass mehr als zwei Arten von Molekülen in einem Bereich immobilisiert sein können. Man kann hier von einer Auswahl für eine maximale Packungsdichte, sprechen, die bei der Herstellung eines Analysen-Chips von einem Sortieralgorithmus übernommen werden könnte.

Eine Mehrfachbelegung eines einzigen Slots ist dann möglich, wenn die unterschiedlichen Arten von immobilisierten Molekülen innerhalb eines einzigen räumlichen Bereichs unterschiedlich gefärbt sind.

Beim Auslesen des Analysen-Chips können dann die unterschiedlichen Farben erkannt werden. Gibt man eine markierte Probe zu, so erhält man bei der Hybridisierung auf allen Spots, die zu einem bestimmten Code gehören, sowohl die Farbe des Targets als auch die Farbe der gebundenen Probe. Allgemeinen können jegliche Formen von spektrosko- pischen Charakteristika innerhalb eines Spots zum Identifizieren ausgenutzt werden. Denkbar ist auch ein Energietransfer oder eine Fluoreszenzlöschung zwischen Target und Probe.

Eine weitere Möglichkeit, Slots mehrfach zu belegen, kann dadurch erreicht werden, dass die zu einer Molekülart gehörenden Spots mit einem vorgegebenen räumlichen Muster ausgebildet sind. So kann der Spot für die einzelnen Arten von Targetmolekülen beispielsweise in Form eines Pfeils, Eies oder Exzenters ausgebildet sein, d. h. einem Objekt, das eine Vorzugsrichtung aufweist, das je nach Molekülart unterschiedlich orientiert ist. Derartige Muster können besonders einfach dann aufgebracht werden, wenn die Übertragung des Targets auf den Analysen-Chip mittels Stempeln erfolgt, die außerdem drehbar sind. Räumliche Muster kann man beispielsweise auch erhalten, wenn man einen kleinen Kreis und einen großen Kreis teilweise überlappend spottet. Auch in diesem Fall wird man die zu einem bestimmten Code gehörigen Spots daran erkennen können, dass sie das gleiche räumli- che Muster aufweisen.

Auch ein kombinierter Einsatz von Farbe und Form zum Identifizieren von Codes ist denkbar.

Eine weitere effiziente Ausnutzung des Raumes innerhalb eines Be- reichs kann dadurch erreicht werden, dass der Abstand der Spots ei- ner ersten Molekülart innerhalb des einen Bereichs und der Abstand der Spots einer zweiten Molekülart innerhalb desselben Bereichs sich unterscheiden. So kann der Abstand von Spot zu Spot (Pitch) für die erste Molekülart beispielsweise 100 um und für die zweite Moleküle 98 um betragen, nach Art eines Nonius. Eine derartige Verschiebung ist leicht zu erkennen. So kann jeder Molekülart ein bestimmter Pitch zugeordnet werden.

Durch eine geeignete Auswertung der Auslesesignale kann auch ein berlappen der Spots einzelner Molekülarten hingenommen werden, wie sie sich durch den unterschiedlichen Pitch leicht ergeben kann. Ge- nerell kann durch definierte Überlappung der Spots auch die Spot- dichte erhöht werden.

Die verschiedenen erwähnten Möglichkeiten des mehrfachen Ausnutzens eines Bereichs können alle miteinander kombiniert werden.

Die Sicherheit in der Verwendung von Analysen-Chips kann auch da- durch erhöht werden, dass nach Auslesen einer Nachweisreaktion auf dem Analysen-Chip das Ergebnis der Nachweisreaktion auf den Analy- sen-Chip geschrieben wird. Auf diese Weise bleiben Informationen, etwa ein Befund für medizinische Zwecke, erhalten, selbst wenn bei- spielsweise die DNA auf dem Chip degradieren sollte. Der Analysen- Chip kann dem Patienten dann schlicht mitgegeben werden. Der Analy- sen-Chip kann dabei auch eine der erwähnten Arten der Codierung tra- gen. Das Schreiben des Analysen-Ergebnisses in definierter Codeform auf den Analysen-Chip kann mit üblichen Mitteln erfolgen, beispiels- weise mittels eines Lasers, eines Tintenstrahls, eines Laserdru- ckers, oder sonstiger Beschriftungsverfahren. Die Information sollte möglichst permanent lesbar sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen nä- her erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind.

Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im einzelnen zeigt : Fig. 1A den schematischen Aufbau eines bevorzugten DNA-Arrays ; Fig. 1B eine Auswertung des DNA-Arrays gemäß Fig. 1A ; Fig. 2A den schematischen Aufbau eines alternativen DNA-Arrays ; Fig. 2B den schematischen Aufbau eines weiteren alternativen DNA- Arrays ; Fig. 3 Möglichkeiten der räumlichen Codierung ; Fig. 4 einen Bereich mit Spots von. unterschiedlichem Pitch ; und Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Analysen-Chips, auf den das Ergebnis einer Nachweisreaktion geschrieben wer- den kann.

Fig. 1A zeigt einen DNA-Chip 10 mit auf einem rechteckigen Raster angeordneten Bereichen 12. Innerhalb eines jeden Bereichs 12 befin- det sich ein Raster von Spots 14, auf denen Oligonukleotide immobi- lisiert sind. ! An den äußersten Ecken des Chips befinden sich Positi- onsmarken 16,. die dadurch zu erkennen sind, dass innerhalb ihrer Be- reiche alle Spots 14 belegt sind. In einer der Positionsmarken 18, die auf Grund ihrer räumlichen Lage als Positionsmarke zu erkennen ist, sind nicht alle Spots belegt. Vielmehr, weist diese Positions- marke 18 einen Code für das Wort"Human"auf. Es handelt sich bei dem DNA-Chip 10 somit um einen Chip für einen Gentest am Menschen.

Der Code in der Positionsmarke 18 kann beispielsweise aufgebaut wer- den, indem im einfachsten Falle Farbstoffmoleküle auf einzelnen Spots immobilisiert werden, was einem gesetzten Bit entspricht, wäh- rend andere Spots freigelassen werden. Außer Farbstoffmolekülen kön- nen auch doppelsträngige DNA-Moleküle immobilisiert werden, die mit- tels Interkalatoren nachgewiesen werden.

Im Zentrum des DNA-Chips 10 befindet sich ein Bereich 20, der einen Code für die Annotation eines ersten Gens aufweist, z. B."actin", d. h. hier sind Oligo-bzw. Polynukleotide immobilisiert, die eindeu- tig repräsentativ für dasjenige Gen sind, das beim Menschen das Pro- tein ACTIN codiert. In einem zweiten Bereich 22 ist ein Code für ein zweites Gen durch Immobilisieren der zugehörigen Oligo/Polynukleotide erzeugt worden.

Auf diese Weise kann in den einzelnen Bereichen des DNA-Arrays je- weils ein Gen codiert sein. Bei Uneindeutigkeit der Gene können wei- tergehende Informationen wie Splice-und Mutationsvarianten, Poly- morphismen, Sequenzbereiche und-längen etc. ebenfalls kodiert wer- den.

Fig. 1B zeigt den Analysen-Chip gemäß Fig. 1A, wie er nach Auslesen durch einen Fluoreszenzreader und Auswerten an einem Bildschirm dargestellt werden kann. Alle Bereiche 16, 18,20,22 sind in ihrer Lage erkannt und durch Rechtecke markiert. Bereiche 22, in denen keine Hybridisierungssignale erkannt werden konnten, sind durch- gestrichen. Bereiche 22, in denen zwar Hybridisierungssignale, aber kein Code erkannt werden konnten, sind z. B. mit einem durchgestrichenen Vollkreis. gekennzeichnet.. Bereiche 20, in denen ein Code erkannt wurde, sind mit dem erkannten Code bzw. der IFiL§o ri2At Fr6 ghe i=-Emtmatischen Aufbau eines alternativen DNA-Arrays 10, bei dem der Code unabhängig von den in Spots 14 immobilisierten Molekülen in solchen Bereichen 24 des DNA-Arrays 10 ausgebildet ist, die in den Lücken zwischen den im wesentlichen kreisförmigen Spots 14 liegen. Für jede Molekülart braucht dann nur ein Spot gesetzt zu werden, der außerdem relativ groß sein kann. Zur Erhöhung der Ausle- sesicherheit weist das DNA-Array 10 eine Positionsmarke 16 auf.

Fig. 2B zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Variante des DNA-Arrays gemäß Fig. 2A, bei der die Oligonukleotide direkt über dem zweidimensionalen Barcode immobilisiert sind. Da eine dünne Schicht von Oligo/Polynukleotiden im wesentlichen transparent ist, kann der Code auch durch die DNA bzw. Proteine hindurch ohne Schwie- rigkeiten gelesen werden.

In den Fig. 2A und 2B wird der Code in Form eines zweidimensionalen Barcodes ausgebildet. Als Standard für den Code wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Symbol Typ A aus dem Code One des Unterneh- mens Axtel, Inc., Fountain Valley, CA 92708, USA, www. Axtel. com, verwendet. Dieser Standard erlaubt die Codierung von 13 alphanumeri- schen Zeichen auf 18 x 16 Feldern. Symbol Typ C, eine andere Varian- te, kann 64 alphanumerische Zeichen auf 28 x 32 Feldern codieren.

Diese Codes sind u. a. fehlerkorrigierend, was die Lesesicherheit weiter erhöht.

Bei einer Spotgröße im Code von ca. 5 um, der Codegröße des Symbol- typs A von 18 x 16 Spots und der daraus resultierenden geringen Grö- Se der Codebereiche von ca. 100 um Kantenlänge kann auf einem ein- zelnen DNA-Chip von ca. 10 cm 2 Größe das gesamte menschliche Genom mit seinen fast 100.000 Genen für einen Test zur Verfügung gestellt werden.

Wird nicht Code One Symboltyp A verwendet, sondern ein einfacher Bi- närcode zum Bezeichnen der ca. 100.000 menschlichen Gene, so werden weniger als 20 Bits benötigt. Ein Bereich von 4x5 Spots ist somit völlig ausreichend. Um das gesamte Genom auf einem Chip von 10 cmA2 abzulegen reichen dann Spotgrößen von ca. 20 um.

Möchte man nicht das gesamte Genom ablegen, sondern nur ausgewählte Gene, so können die Spots deutlich größer sein.

Fig. 3A zeigt eine Möglichkeit, die zu einer Molekülart gehörenden Spots mit einem vorgegebenen räumlichen Muster auszubilden, hier durch einen Pfeil 26 für ein erstes Gen, einen Pfeil 28 für ein zweites Gen, etc.

Fig. 3B zeigt eine weitere Möglichkeiten der räumlichen Codierung.

In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei im wesentlichen gleich große Kreise in unterschiedlichen räumlichen Anordnungen nebeneinan- der gespottet, woraus sich räumliche Muster 26', 28', etc. für ver- schiedene Gene ergeben.

Fig. 3C. zeigt die Muster gemäß Fig. 3B, wenn einige von ihnen über- einander gespottet werde.

Fig. 3D zeigt eine weitere Möglichkeiten der räumlichen Codierung.

In diesem Ausführungsbeispiel werden räumlich unterschiedlich orien- tierte Exzenter im wesentlichen überlappend gespottet, woraus sich räumliche Muster 26", 28", etc. für verschiedene Gene ergeben. Der große Kreis in der Mitte enthält dabei immobilisierte Moleküle für alle Gene.

Fig. 4 zeigt eine weitere effiziente Ausnutzung des Raums innerhalb eines Bereichs. Der Abstand (Pitch) X1 der Spots 30 einer ersten Mo- lekülart innerhalb des Bereichs und der Abstand X2 der Spots 32 ei- ner zweiten Molekülart innerhalb des Bereichs unterscheiden sich in zwei Dimensionen geringfügig. So kann der Abstand X1 beispielsweise 100 um und der Abstand X2 98 um betragen, nach Art eines Nonius. Ei- ne derartige Verschiebung ist leicht zu erkennen. So kann jeder Mo- lekülart ein bestimmter zweidimensionaler Pitch zugeordnet werden.

Werden nur wenige Bits innerhalb eines Bereichs gesetzt, d. h. nur wenige Spots für einen Code belegt, so ist die Wahrscheinlichkeit, dass zwei belegte Spots sich überlappen, relativ gering. Ein Gen- Sortieralgorithmus kann hier die größtmögliche Packungsdichte bei höchster Nachweissicherheit gewährleisten.

Fig. 5 zeigt ein DNA-Array 34, auf das nach Auslesen einer Nachweis- reaktion das Ergebnis der Nachweisreaktion geschrieben werden kann.

Dazu zeigt das DNA-Array 34 einen Abschnitt 36, in den das Ergebnis mit gängigen Mitteln geschrieben werden kann. Ferner zeigt das DNA- Array 34 einen Abschnitt 38, in dem Targetmoleküle immobilisiert sind. Welche Moleküle in den einzelnen Bereichen 40 des Abschnitts 38 jeweils immobilisiert sind, wird durch einen Code angegeben, der durch das räumliche Immobilisierungsmuster dargestellt wird. Wie der Code zu lesen ist, ist in einem dritten Abschnitt 42 auf dem DNA- Array 34 angegeben. Im vorliegenden Fall ist angegeben, dass Code Alpha Verwendung findet. Code Alpha ist an anderer Stelle, etwa auf dem Internet näher zu erklären. Im Übrigen entspricht Fig. 5 der Fig. 1B.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbil- dungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar.

Das Speichern des Codes in einem zugehörigen räumlichen Bereich kann auf der Oberfläche des Chips erfolgen oder im Innern des Chips, bei- spielsweise in einem elektronischen Speicherchip, der über ein Kon- taktfeld wie bei einer Telefonkarte ausgelesen werden kann. Allge- mein können sämtliche Speichermedien zum Einsatz kommen, solange sie sich in oder auf dem Chip selbst befinden, z. B. auch ein Magnet- streifen auf dem Chip.

Auch das Schreiben von Ergebnissen einer Nachweisreaktion kann in einen solchen elektronischen oder sonstigen Speicher auf oder in dem Chip erfolgen.

Bezugszeichenliste 10 DNA-Chip 12 Bereich, in dem eine Molekülart in mehreren Spots immobilisiert ist 14 Spot 16 Positionsmarke 18 Positionsmarke, in der der Organismus codiert ist 20 Bereich, der einen zweidimensionalen Barcode für die An- notation eines ersten Gens aufweist 22 Bereich, der einen zweidimensionalen Barcode für die An- notation eines zweiten Gens aufweist 24 Bereich für Code, der unabhängig von den immobilisierten Molekülen ausgebildet ist 26 Pfeil 26', 26"räumliches Muster 28 Pfeil 28', 28"räumliches Muster 30 Spot einer ersten Molekülart XI Abstand zwischen Spots 30 einer ersten Molekülart 32 Spot einer zweiten Molekülart X2 Abstand zwischen Spots 32 einer zweiten Molekülart 34 DNA-Array 36 Abschnitt, in den das Ergebnis einer Nachweisreaktion ge- schrieben werden kann 38 Abschnitt, in dem Targetmoleküle immobilisiert sind 40 Bereich, in dem eine Molekülart in mehreren Spots immobilisiert ist 42 Abschnitt, der den verwendeten Code angibt