DE102007041071B4

DE102007041071B4 - Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit sowie Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102007041071B4
Application number: DE200710041071
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Traube; Tobias Brode
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: DE102007041071A1

Abstract

Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger, gekennzeichnet durch
eine Halterung für eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Vertiefungen umfasst, der Boden mindestens einer, mehrerer oder aller Vertiefungen mindestens eine Bohrung aufweist und mindestens eine der Bohrungen derart ausgestaltet ist, dass der Kapillardruck in der jeweiligen Bohrung größer ist als der durch die Flüssigkeit erzeugbare Druck in der jeweiligen Vertiefung,
eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses,
eine Halterung für mindestens einen Probenträger,
mindestens eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit und/oder eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses und/oder eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Halterung für mindestens einen Probenträger,
wobei die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses oberhalb und die Halterung für mindestens einen Probenträger unterhalb der Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit angeordnet ist, und
wobei die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger und ein entsprechendes Verfahren hierfür.
Der Trend in der Biotechnologie führt zur Prozessierung immer kleinerer Flüssigkeitsmengen. Die Gründe dafür sind sehr vielfältig. Oft sind die zu untersuchenden Substanzen sehr teuer, da es für ihre Herstellung meist schon vieler Schritte bedarf. Teilweise handelt es sich um biologisch gefährliche Stoffe, deren Handhabung in sehr kleinen Mengen das Risiko enorm senken kann. Es stehen aber auch häufig nur sehr kleine Mengen des Probevolumens zur Verfügung, gleichzeitig sollen aber so viele Tests wie möglich durchgeführt werden. Auch die Geschwindigkeit der Reaktionen hängt nicht unerheblich vom Probenvolumen ab. Je kleiner dieses ist desto schneller ist die Analyse. Moderne Diagnosegeräte sind in der Lage auf einem Microarray tausende von nebeneinander gedruckten Spots gleichzeitig zu analysieren.
Im Laufe der Jahre haben sich bestimmte Standards bei den Untersuchungen durchgesetzt. So werden häufig Wegwerfartikel aus spritzgegossenem Polypropylen oder Polystyrol genutzt, da so die sehr kostenaufwendige Reinigung und Desinfektion der Probenbehälter entfällt. Diese Mikrotiterplatten sind in verschiedensten Ausführungen zu finden. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Anzahl der Probevolumina. So gibt es 96er, 384er aber auch 1536er Platten, welche zwar die gleichen Außenmaße besitzen, sich aber im Volumen und der Anzahl der Wells unterscheiden.
Die Schwierigkeit liegt darin, die Reagenzien aus den Wells auf dem Mikroarray zu platzieren. Einfache Dosierverfahren mit Pipetten und per Hand sind sehr zeitaufwendig und ungenau. Um Querkontaminationen zu vermeiden, muss nach jeder Entnahme die Pipettenspitze ausgetauscht werden. Das ist auch der Grund weshalb Piezodispenser, welche die Flüssigkeit erst entnehmen und dann auf dem Mikroarray platzieren, nicht denkbar sind.
Bisherige Lösungsansätze beschränken sich entweder auf eine vollständige Neugestaltung des Probenbehälters (MTP) oder das Volumen wird über eine Zwischenstation, also nicht direkt, auf den Probenträger aufgebracht.
Bei der „TopSpot-Methode”, wird ein Druckkopf aus Silizium und Glas gefertigt und eine Reihe von Mikrokanälen leiten die Flüssigkeiten dann in die speziell gefertigten Düsen. Über einen Stempel wird ein Druckimpuls erzeugt, welcher den Tropfen am Ausgang der Düse absetzt. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass für jeden neuen Druckprozess der Druckkopf erst desinfiziert und gereinigt werden muss, um Querkontamination auszuschließen. Außerdem ist die Herstellung dieser Druckköpfe relativ aufwändig und teuer. Ein weiterer Nachteil der Methode liegt darin, dass das gedruckte Raster immer einen festen Spotabstand von beispielsweise 500 μm aufweist. Es lassen sich nur alle Wells gleichzeitig und positionsfest drucken. Bevor mit diesem Verfahren gedruckt werden kann, muss zuerst der Druckkopf befüllt werden, da nicht direkt aus dem Reaktionsgefäß gedruckt werden kann. Das Totvolumen ist durch die langen Kanäle hoch.
Das „Dispensing Wellplate (DWP) Verfahren” funktioniert ähnlich. Hier wird das Dosiervolumen allerdings nicht über die Pulsdauer oder den Hub gesteuert, sondern die gesamte Mikrodüse, welche ein fest definiertes Volumen besitzt, wird entleert.
Eine dritte Variante ist das Entnehmen der gewünschten Flüssigkeitsmenge über „Pipetten”, welche diese dann auf dem Probenträger „ablegen”. Der große Nachteil bei dieser Variante ist die Verunreinigung der Pipette. Nach jedem Druckvorgang muss diese gereinigt werden, was u. a. zur Folge hat, dass immer ein Teil Flüssigkeit verloren geht. Die Gefahr von Querkontaminationen ist bei diesem Verfahren sehr hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens mittels derer kleine, variable Flüssigkeitsvolumina, die unabhängig voneinander erzeugbar sind, einzeln oder zeitgleich ohne Querkontamination unmittelbar auf Probenträger bzw. auf frei wählbare Positionen auf Probenträgern aufgebracht werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Ansprüchen 1 sowie das Verfahren nach Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger enthält eine Halterung für eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einer oder mehreren Vertiefungen, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses, eine Halterung für mindestens einen Probenträger, und mindestens eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit, eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses und/oder eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Halterung für mindestens einen Probenträger. Die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses ist dabei oberhalb und die Halterung für mindestens einen Probenträger unterhalb der Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit angeordnet.
Die Böden der Vertiefungen der Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeiten weisen sehr kleine Bohrungen auf, so dass der Kapillardruck in der Bohrung größer ist als der Druck durch den Flüssigkeitspegel. So wird eine Leckage verhindert. Über einen Druckimpuls, wie beispielsweise einen pneumatischen Druckimpuls, mittels eines Schnellschaltventils, lässt sich eine Probe entnehmen, deren Volumen über die Anzahl der Tropfen und die Impulsdauer gesteuert wird.
Theoretisch lässt sich das Prinzip wie folgt darstellen:
Der Kapillardruck (P_kap) einer dünnen Bohrung berechnet sich zu: Pkap = 2·σ·cosΘr

P_kap:: Kapillardruck
σ:: Oberflächenspannung der Flüssigkeit
Θ:: Benetzungswinkel
r:: Lochradius

Der Kapillardruck wird dem Druck, welcher durch den Flüssigkeitsstand (P_well) im Well erzeugt wird, entgegen. Dieser berechnet sich zu: Pwell = ρ·h·g

P_well:: Wirkender Druck am Boden der Flüssigkeitssäule
ρ:: Dichte der Flüssigkeit
g:: Erdbeschleunigung
h:: Höhe der Flüssigkeitssäule

Somit ergibt sich beispielsweise im Falle einer 96er Mikrotiterplatte aus Polypropylen bei einem Benetzungswinkel von 82° von Wasser eine theoretische Grenzfüllstandshöhe von 41 mm, ab welcher der Kapillardruck in einer Kreisbohrung mit 50 μm Radius nicht mehr ausreicht, um das Well nach unten dicht zu halten. Aufgrund einer maximal möglichen Füllstandshöhe von 10,9 mm in einer 96er Wellplatte treten demnach keine Dichtheitsprobleme auf.
Erfindungsgemäß ist unter dem Begriff „Bohrung” eine Durchgangsöffnung von der Innenseite des Bodens einer Vertiefung bis zur Bodenunterseite einer Vertiefung zu verstehen. Die Bohrungen weisen einen Durchmesser von 1–400 μm, bevorzugt 25–100 μm, bevorzugt von kleiner gleich 50 μm auf. Des Weiteren können die Bohrungen beispielsweise eine Länge von 50–2000 μm, bevorzugt 1000–1300 μm, bevorzugt 150–250 μm, bevorzugt von 1200 μm und/oder 200 μm aufweisen.
Erfindungsgemäß ist unter den Begriff „Druckluftstempel” eine Druckluftzufuhreinrichtung zu verstehen, die an ihrem Ende einen von einer Wandung umgebenen Hohlraum aufweist, wobei die Wandung des Druckluftstempels mit der Wandung einer Vertiefung bzw. eines Wells der Vorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeiten dichtend schließt, um einen entsprechenden Überdruck in der jeweiligen Vertiefung bzw. Well zu erzeugen.
Einen Vorteil der vorliegenden Erfindung stellt die Tatsache dar, dass die zu untersuchenden Reaktionen (beispielsweise Zellwachstum, Aufreinigung o. A.) direkt in einer Vorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeiten, wie z. B. einer Multiwellplatte, stattfinden können, aus der später auch gedruckt wird. Durch die wegfallende Prozessierung und Handhabung der Proben von einem Gefäß in ein Neues, sind somit Gefahren der Verunreinigung der Probe minimiert. Einen weiteren Vorteil stellt die fehlende Gefahr einer Querkontamination dar, da das Dispensieren der unterschiedlichen Flüssigkeiten/Reagenzien parallel erfolgt und/oder direkt aus jeder Vertiefung einzeln durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß werden bevorzugt standardisierte Mul tiwellplatten als Vorrichtungen zur Aufnahme von Flüssigkeiten eingesetzt, da diese zu den meisten Befüllungs- und Verarbeitungssystemen kompatibel sind. Das erfindungsgemäße Prinzip ist auf alle MTP-Formate anwendbar.
Die als Vorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeiten geeigneten Multiwellplatten können aus jedem zur Herstellung einer Multiwellplatte geeigneten Material wie z. B. jedem spritz- oder formbaren Polymer bestehen. Bevorzugt bestehen sie aus Polypropylen oder Polystyrol. Des Weiteren können die genannten Multiwellplatten beispielsweise 96, 384, 1536 Wells umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Aus den genannten Multiwellplatten lassen sich beispielsweise Dosiervolumen von 0,1 Nanoliter (abhängig vom Lochdurchmesser und von den Probeneigenschaften) entnehmen. Es können aber auch die kompletten Wells oder ein bzw. mehrere Wells gleichzeitig über einen Dauerimpuls oder viele Einzelimpulse vollständig geleert werden. Dazwischen lassen sich alle gewünschten Dosiervolumina beliebig einstellen. Totvolumina sind nicht vorhanden, da die Multiwellplatten komplett leer gedruckt werden können.
Als Ersatz für die Bohrungen können dünne Kapillaren (z. B. Glas) eingesetzt werden, welche in den Wellboden eingefügt werden. Damit lassen sich gute Ergebnisse erzielen.
Des Weiteren ist auch die Verwendung einer dünnen Glasplatte als Wellboden möglich. In diese können sehr kleine Bohrungen gesetzt werden. Des weiteren ist es möglich, dass die Wellböden der Multiwellplatte durch eine Folie, beispielsweise eine Kunststoff folie, gebildet werden, die auf die Unterseite der Multiwellplatte aufgeklebt oder auflaminiert wird und in die entsprechenden Bohrungen mittels beispielsweise eines Lasers gesetzt werden.
Auch ein Einsatz dieser Technik in anderen Gefäßen als den üblichen Multiwellplatten ist möglich.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbringung von Flüssigkeitsmengen auf Probenträger. Das Prinzip der Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger sowie des Verfahrens hierzu wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträgern und
2 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeiten auf einen Probenträger. Diese Vorrichtung weist eine Bodenplatte 1 auf, auf der vier Stützen 2a, 2b, 2c und 2d angeordnet sind als Halterungen für die weiteren Elemente der Vorrichtung. An den vier Stützen in vertikaler Abfolge nach oben angeordnet ist eine Probenhalterung 8, die auf einer Verfahreinrichtung 7 zum horizontalen Verfahren der Probenhalterung 8 in den zwei horizontalen kartesischen Koordinaten angeordnet ist. Oberhalb dieser Probenhalterung ist an den Stützen 2a bis 2d eine Halterung 3 angeordnet, die eine Ausnehmung 9 in Form einer Mikrotiterplatte aufweist. In dieser Ausnehmung 9 ist eine Mikrotiterplatte 4 angeordnet, die beispielsweise 96 Näpfchen (Wells) 17 in einer rechteckigen Anordnung aufweist. Durch die Anordnung der Mikrotiterplatte 4 in der Aussparung 9 befindet sich der Boden der Mikrotiterplatte zum größten Teil frei oberhalb der Probenaufnahme 8.
Oberhalb der Halterung 3 und der Mikrotiterplatte 4 ist eine Verfahreinrichtung 6 angeordnet, an deren Unterseite ein Druckkopf bzw. Element zum Erzeugen eines (Luft-)druckes 5 angeordnet ist. Mit der Verfahreinrichtung 6 kann der Druckkopf 5 (Druckluftstempel) sowohl in der Horizontalen im sämtliche Richtungen als auch in der Vertikalen verfahren werden.
Die 2 erläutert nun das erfindungsgemäße Verfahren weiter.
Wie zu erkennen ist, weist der Druckkopf 5 eine Wandung 20 und einen Innenraum 21 auf, wobei in dem Innenraum ein bestimmter Luftdruck erzeugt werden kann.
Die Mikrotiterplatte 4 weist eine Abfolge von Näpfchen (Wells) 17a bis 17d auf, die durch Wandungen 14 voneinander getrennt sind. Diese Näpfchen besitzen auf ihrer Unterseite einen Boden 13, wobei mittig in dem Boden 13 bezüglich jeden einzelnen Näpfchens 17a bis 17d eine Bohrung 15 in der Wandung 14 angebracht ist, die von dem Innenraum 16 der Näpfchen durch die Wandung 14 hindurch geht und einen Flüssigkeitsdurchtritt von dem Innenraum 16 nach außen erlaubt. Die Bohrung ist dabei so dimensioniert, dass der Kapillardruck in der Bohrung größer ist als der hydrosta tische Druck der in dem Näpfchen 17b befindlichen Flüssigkeit.
Die Wandungen des Druckkopfes 5 und der einzelnen Näpfchen 17a bis 17d weisen dieselbe geometrische Form und die gleiche Dimensionierung im Querschnitt auf, so dass sie übereinander abdichtend angeordnet werden können. Zur Verbesserung der Abdichtung befindet sich an der Unterseite der Wandung 20 des Druckkopfes 5 ein Dichtring 22, der zwischen der Wandung 20 des Druckkopfes 5 und der Wandung 14 des in 2 dargestellten Näpfchens 17b zu liegen kommt und diese beiden Wandungen abdichtet. Um nun eine Flüssigkeit aus dem Volumen 16 des Näpfchens 17b über die Kapillarbohrung 15 auszudosieren, wird über den Druckkopf 5 ein erhöhter Druck auf die Flüssigkeit in dem Näpfchen 17b ausgeübt, der den Kapillardruck der Bohrung 15 überschreitet. Auf diese Weise wird ein Tropfen aus dem Näpfchen 17b auf die Probenaufnahme 8 dosiert.
Die Probenaufnahme 8 ist ebenfalls in sämtlichen horizontalen Richtungen verfahrbar, so dass der Ort, an dem die Flüssigkeit aus dem Näpfchen 17b aufdosiert wird, frei gewählt werden kann. Insgesamt ergibt sich also, dass bei beliebiger Wahl des Näpfchens in der Mikrotiterplatte 4 durch die individuelle Anfahrbarkeit der einzelnen Näpfchen 17a bis 17d durch den Druckkopf 5 und durch die individuelle Verschiebbarkeit der Probenaufnahme 8 an jeder beliebigen Stelle der Probenaufnahme jede beliebige Flüssigkeit aus jedem beliebigen Näpfchen 17a bis 17d aufdosiert werden kann.
Dasselbe Ergebnis lässt sich erreichen, wenn der Druckkopf 5 und die Mikrotiterplatte 4 verfahrbar sind oder die Mikrotiterplatte 4 und die Probenaufnahme 8 verfahrbar sind.
Im Falle, dass die Anzahl der Druckköpfe so gewählt wird, dass jedem well der Mikrotiterplatte ein Druckkopf zugeordnet ist, ist es ausreichend, lediglich die Probenhalterung verfahrbar auszugestalten.
Im Folgenden wird die Funktion anhand der 2 im Detail beschrieben.
Der vertikal bewegliche Druckkopf/Stempel 1 wird gegenüber der Multiwellplatte 4 über die erste Verfahreinrichtung 6 horizontal präzise positioniert und überträgt einen Druckimpuls auf das Well 17b. Für einen kompletten Impulsübertrag sorgt die Dichtung 22. Die Bohrung 15 im Wellboden 13 stellt den einzigen Weg dar, den die Flüssigkeit im Well 17b nehmen kann. Da der Druckimpuls sehr kurz ist, wird am Bohrungsausgang ein Tropfen generiert, welcher auf dem darunter liegenden Probenträger 8 der zweiten Verfahreinrichtung 7 abgelegt wird.
Dadurch, dass der Stempel 5 die gewünschten Positionen (Wells 17a bis 17b) rasch hintereinander anfahren und dort jeweils die gewünschte Anzahl genau definierter Probenvolumina erzeugen kann, lassen sich aus beliebig vielen Wells beliebige Dosiervolumina entnehmen.
Zusätzlich verschiebt die zweite Verfahreinrichtung 7 den Probenhalter 8 positionsgenau und zeitlich abgestimmt so unter der Multiwellplatte 4, dass die erzeugten Tropfen im gewünschten Raster auf dem Probenträger 8 abgelegt werden.
Sowohl die erste als auch die zweite Verfahreinrichtung sind gegenüber der Multiwellplatte 4 horizontal als auch vertikal verschiebbar.
In der vorliegenden beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführung wird ein Druckluftstempel verwendet. Anstelle eines Druckluftstempels können jedoch auch mehrere Stempel bzw. pro Well ein Stempel eingesetzt werden. Die Stempel können an ihrer Kontaktfläche mit der Multiwellplatte beispielsweise eine Dichtung in Form eines Dichtringes aufweisen. Möglich ist jedoch auch, anstelle von Dichtringen eine elastische Abdeckung zu verwenden, die entsprechende Aussparungen über den Wells aufweist und auf die Oberseite der Multiwellplatte so aufgebracht wird, dass die Aussparungen so dimensioniert sind, dass die Wandung der Aussparung den Druckluftstempel gegenüber dem Well abdichtet. Insbesondere können die Aussparungen der elastischen Abdeckung so dimensioniert sein, dass ihr maximaler Querschnitt kleiner oder gleich dem Querschnitt eines Wells ist. Die Multiwellplatte kann auch nach oben mit einer flexiblen Membran abgedichtet sein, mittels der ein auf die Membran ausgeübter Druckimpuls auf die Wells übertragen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist extrem schnell, da ein Druckvorgang je nach zu druckendem Volumen nur einige Millisekunden benötigt und die Verfahreinrichtungen sehr hohe Geschwindigkeiten erlauben.
Der Druckimpuls des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über ein Schnellschaltventil realisiert, indem dieses kurzzeitig geöffnet wird. Das Schnellschaltventil ermöglicht beispielsweise eine Impulsdauer von ca. 0,5 ms.
Im Allgemeinen wird gefilterte Labordruckluft in Verbindung mit einem Schnellschaltventil eingesetzt, um den erforderlichen Druckimpuls zu erzeugen. Die Verwendung anderer Gase statt Luft zum Aufbringen des Druckimpulses ist jedoch ebenfalls möglich. Besonders erwähnt werden sollen hier Gase, welche eine geringere Kompressibilität als Luft besitzen, da bei Verwendung solcher Gase Einflüsse durch die Gaskompression minimiert werden. Auch die Verwendung von Schutzgasen (z. B. Edelgase) als Prozessgas ist möglich. In diesem Fall können chemische Reaktionen oder andere Wechselwirkungen zwischen der Flüssigkeit im Well und dem Prozessgas ausgeschlossen werden.
Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt aus einer nur leicht modifizierten Multiwellplatte gedruckt werden kann, ist dieses Verfahren extrem kostengünstig. Die Herstellungskosten einer entsprechenden Multiwellplatte liegen bei einem geeigneten Spritzgusswerkzeug und genügend hoher Stückzahl im „Cent-Bereich”.
Dadurch kann die modifizierte Multiwellplatte als Wegwerfprodukt eingesetzt werden. Es sind also nach dem Druckvorgang keinerlei Reinigungsschritte notwendig, da einfach eine neue Multiwellplatte genutzt werden kann.
Querkontamination kann ausgeschlossen werden, da der Stempel mit der Flüssigkeit im Well nicht in Berührung kommt. Bei Anwendungen mit höheren Anforderungen kann auch für jedes Well ein eigener Stempel verwendet werden, da diese sehr kostengünstig aufgebaut werden können. Des Weiteren ist es auch möglich die Mikrotiterplatte durch eine flexible Membran, welche den Druckimpuls überträgt, nach oben hin zu ver schließen.
Auf dem Probenträger lassen sich beliebige Kombinationen und Muster drucken, da man mit diesem System nicht auf ein festes Muster im Array festgelegt ist und auch Mischungen auf dem Probenträger erzeugen kann. Des weiteren kann auch eine zweite Multiwellplatte als Probenträger verwendet werden, in die dann beliebige Mischungen, beliebiger Volumina gedruckt werden können. Diese können später zur Analyse mit dem gleichen System auf einen geeigneten Probenträger gedruckt werden.
Weiterhin sind als Probenträger beispielsweise Glasslides (Objektträger), Biochips, Mikrotiterplatten oder Mikroarrays einsetzbar. Als Biochip oder Mikroarray wird ein Trägermaterial bezeichnet, auf dem sich eine große Anzahl biologischer oder biochemischer Nachweise oder Tests auf engstem, meist nur fingernagelgroßem Raum durchführen lassen. Das Bedrucken von Objektträgem zur Herstellung von Biochips stellt eine große Herausforderung bei der Handhabung kleinster Flüssigkeitsmengen und biologisch aktiver Substanzen dar. Ziel ist hierbei die Herstellung von Biochips soweit wie möglich zu parallelisieren. Zu diesem Zweck ist die parallele Kultivierung von Mikroorganismen in Multiwellplatten unterschiedlicher Größe bereits heute Standard.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist als „Liquid-Handling” Verfahren vielfältig einsetzbar, wie z. B.:

• Zum Drucken aller Arten von Biochips & Microarrays. (Protein Mikroarray, DNA-Microarrays)
• Zum Reformatieren von Proben in unterschiedlichen Plattenformaten

Als schnelles Verfahren zur Erhöhung des Durchsatzes beim High-Throughput-Screening (HTS) zum Beispiel zur Auswahl neuer Zellstämme in der weißen Biotechnologie.

Claims

Vorrichtung zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger, gekennzeichnet durch eine Halterung für eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Vertiefungen umfasst, der Boden mindestens einer, mehrerer oder aller Vertiefungen mindestens eine Bohrung aufweist und mindestens eine der Bohrungen derart ausgestaltet ist, dass der Kapillardruck in der jeweiligen Bohrung größer ist als der durch die Flüssigkeit erzeugbare Druck in der jeweiligen Vertiefung, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses, eine Halterung für mindestens einen Probenträger, mindestens eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit und/oder eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses und/oder eine Verfahreinrichtung zum Verfahren einer Halterung für mindestens einen Probenträger, wobei die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses oberhalb und die Halterung für mindestens einen Probenträger unterhalb der Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit angeordnet ist, und wobei die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses ein Schnellschaltventil zur Erzeugung des Druckimpulses aufweist.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses einen Druckluftstempel aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit und/oder die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses und/oder die Halterung für mindestens einen Probenträger unabhängig voneinander jeweils durch eine Verfahreinrichtung horizontal und/oder vertikal verschiebbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit einen Durchmesser von 1–400 μm, bevorzugt 250–100 μm, bevorzugt 50 μm, aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit eine Länge von 50–2000 μm, bevorzugt 1000–1300 μm, bevorzugt 150–250 μm, bevorzugt 1200 μm und/oder 200 μm aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit eine Multiwellplatte darstellt.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiwellplatte 96, 384 oder 1536 Wells (Näpfchen) umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiwellplatte eine Mikrowellplatte darstellt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiwellplatte im Wesentlichen oder vollständig aus Polypropylen oder Polystyrol, besteht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellböden der Multiwellplatte als Bohrungen dünne Kapillaren aufweisen.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren Glaskapillaren darstellen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellböden der Multiwellplatte von einer Glasplatte oder einer aufgeklebten oder auflaminierten Kunststofffolie gebildet werden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiwellplatte durch eine flexible Membran nach oben abgedichtet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses gleichzeitig mindestens eine, mehrere oder alle Vertiefungen der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einem Druckimpuls belegbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses durch eine Verfahreinrichtung horizontal derart verschiebbar ist, dass gleichzeitig eine, mehrere oder alle Vertiefungen der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einem Druckimpuls belegbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für mindestens einen Probenträger durch eine Verfahreinrichtung horizontal derart verschiebbar ist, dass beliebige Probenträger und/oder Positionen auf dem jeweiligen Probenträger ansteuerbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftstempel an seiner Kontaktfläche mit der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit eine Dichtung in Form eines Dichtringes, und/oder einer dichtenden Scheibe aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger mindestens ein Glasslide (Objektträger), einen Biochip, eine Multiwellplatte, ein Mikroarray und/oder eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit darstellt.
Verfahren zur Aufbringung von Flüssigkeiten auf Probenträger, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, in deren Halterung für eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, der Boden mindestens einer, mehrerer oder aller Vertiefungen mindestens eine Bohrung aufweist und mindestens eine der Bohrungen derart ausgestaltet ist, dass der Kapillardruck in der jeweiligen Bohrung größer ist als der durch die Flüssigkeit erzeugbare Druck in der jeweiligen Vertiefung, und dass mittels der Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses gleichzeitig eine, mehrere oder alle Vertiefungen der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einem Druckimpuls belegt werden, wobei der Druckimpuls mittels des Schnellschaltventils erzeugt wird.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Druckimpuls und/oder die Länge des Druckimpulses und/oder die Anzahl der Druckimpulse das Volumen der auf den Probenträger aufzubringenden Flüssigkeit definiert/gesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckimpuls mittels Luft erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses durch eine Verfahreinrichtung horizontal derart verschoben wird, dass gleichzeitig eine, mehrere oder alle Vertiefungen der Vorrichtung zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einem Druckimpuls belegt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung für mindestens einen Probenträger durch eine Verfahreinrichtung horizontal derart verschoben wird, dass beliebige Probenträger oder Positionen auf dem jeweiligen Probenträger angesteuert werden.