DE10261533A1

DE10261533A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Halten von Objektträgern

Info

Publication number: DE10261533A1
Application number: DE2002161533
Authority: DE
Inventors: Martin Müller
Original assignee: Biochip Technologies GmbH
Current assignee: Biochip Technologies GmbH
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Halten von Objektträgern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Halten von Objektträgern, wie sie zum Aufbringen von Mikrotropfenarrays verwendet werden. Um die mechanische Belastung eines Objektträgers beim Fixieren in einer entsprechenden Haltevorrichtung zu verringern, wird eine Haltevorrichtung (1) mit einer Aufnahmeplatte (2), die wenigstens eine Auflagefläche (5) für einen Objektträger (6) und wenigstens ein einer Längsseite (12) der Auflagefläche (5) zugeordnetes Anschlagelement (13) aufweist, und mit einer relativ zur Aufnahmeplatte (2) bewegbaren Klemmplatte (3) mit wenigstens einem an einer Längsseite des Objektträgers (6) angreifenden Klemmelement (18) zum Verklemmen des Objektträgers (6) gegen das Anschlagelement (13) durch eine Relativbewegung von Klemmplatte (3) und Aufnahmeplatte (2) sowie ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Halten von Objektträgern. Insbesondere betrifft die Erfindung auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Halten von Objektträgern, wie sie zum Aufbringen von Mikrotropfenarrays verwendet werden.
Beim Aufbringen eines Mikrotropfenarrays auf einen Objektträger, der auch als Trägersubstrat, Trägerchip oder Biochip bezeichnet wird, werden eine Vielzahl von Tropfen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung auf die Oberfläche des Objektträgers aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise mit Hilfe des sogenannten „TopSpot"-Verfahrens, wie es beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 199 13 076 A1 näher beschrieben ist. Dabei wird ein sogenannter Dosierchip, der über eine Vielzahl von Düsen zum Ausstoßen der Tropfen verfügt, über einem Objektträger positioniert. Sobald der Dosierchip seine Arbeitsposition über dem Objektträger erreicht hat, werden die Tropfen auf den Objektträger aufgebracht. Für eine exakte Positionierung von Dosierchip und Objektträger zueinander sowie für ein exaktes Aufbringen der Tropfen ist eine präzise Halterung der Objektträger erforderlich.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Objektträger unter Verwendung eines Unterdruck-Systems zu fixieren. Dabei müssen in der Regel sämtliche Positionen mit Objektträgern belegt sein. Darüber hinaus müssen die zu haltenden Objektträger eine völlig plane Unterseite aufweisen. Von Nachteil ist weiterhin der hohe Betriebsaufwand derartiger Systeme.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit ist es, die Objektträger mit einer mechanischen Halterung zu klemmen. Hierzu greifen Klemmelemente an einer Längsseite und an einer Querseite des Objektträgers an und klemmen den Objektträger gegen die beiden jeweils gegenüberliegend angeord neten Anschläge. Dabei kann es zu starken mechanischen Beanspruchungen des Objektträgers kommen. Insbesondere bei Objektträgern aus Kunststoff besteht die Gefahr, dass sich der Objektträger in seiner Längsrichtung durchbiegt. Eine Beschädigung oder Zerstörung des Objektträgers kann die Folge sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mechanische Belastung eines Objektträgers beim Fixieren in einer entsprechenden Haltevorrichtung zu verringern. Gleichzeitig soll ein sicherer Halt des Objektträgers gewährleistet sein. Diese Aufgabe wird durch eine Haltevorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, den Objektträger lediglich zwischen Anschlagelementen und Klemmelementen zu verklemmen, die jeweils an gegenüberliegenden Längsseiten des Objektträgers angreifen. Der Objektträger wird somit ausschließlich mit Klemmkräften fixiert, die in Querrichtung des Objektträgers wirken. In Längsrichtung wirkende Kräfte werden dadurch wesentlich vermindert bzw. ausgeschlossen. Dadurch wird eine sehr einfache und daher wenig fehleranfällige Haltevorrichtung geschaffen, die ein sicheres Verklemmen der Objektträger gewährleistet, ohne das ein Durchbiegen der Objektträger erfolgt. Beschädigungen an den Objektträgern können somit vermieden werden. Die Erfindung ist somit insbesondere für Kunststoff-Objektträger geeignet, die besonders anfällig für Biegebelastungen sind. Jedoch kann die Erfindung auch für Objektträger aus beliebigen anderen Materialien, beispielsweise Glas, verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 2, bei der die Klemmkraft durch die Federspannung eines Federelements erzeugt wird, welches das Klemmelement in Richtung Anschlagelement beaufschlagt. Mit anderen Worten kann die Kraft, mit der der Objektträger am Anschlag verklemmt wird, durch die Auswahl eines entsprechenden Federelements bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, dass Klemmelement in der Klemmplatte beweglich zu führen (Anspruch 3), wobei dafür in der Klemmplatte eine Längsführung vorgesehen ist, sodass sich eine senkrecht zur Längsseite des Objektträgers verlaufende Führungsbahn ergibt (Anspruch 4). Durch die somit erreichte variable Führung des Klemmelements ist ein Toleranzausgleich sehr einfach möglich, so dass auch Objektträger mit unterschiedlichen Abmessungen gehalten werden können. Ist die Haltevorrichtung zur Halterung mehrerer Objektträger vorgesehen, können verschiedene Objektträgermaße gleichzeitig geklemmt werden, da jeder Objektträger durch ein separates Klemmelement geklemmt wird. Dabei ist vorteilhafterweise für jedes Klemmelement ein separates Federelement vorgesehen.
Wird zur Klemmung des Objektträgers ein einzelnes Klemmelement verwendet, so ist dieses vorzugsweise derart angeordnet, dass es im Wesentlichen mittig an der Längsseite des Objektträgers angreift. Dadurch wird eine gleichmäßige Kraftverteilung auf den Objektträger gewährleistet, sodass die mechanische Belastung auf den Objektträger minimiert wird. Das gegenüber dem Klemmelement angeordnete Anschlagelement besteht vorzugsweise aus zwei Teilanschlägen, die an der gegenüberliegenden Längsseite zueinander beabstandet angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 5 weist das Klemmelement eine Auflage aus einem elastischen Material, vorzugsweise einem Kunststoffmaterial, auf. Die sich somit ergebenen Klemmflächen weisen dadurch für die Halterung besonders geeignete Kontaktierungseigenschaften, wie beispielsweise Rutschfestigkeit, auf. Werden Silikon- oder Gummiauflagen verwendet, so ist ein besonders guter Kontakt zwischen der Klemmfläche und dem zu klemmenden Objektträger gewährleistet. Gleichzeitig verhindert das elastische Auflagematerial eine zu starke mechanische Beanspruchung der entsprechenden Auflagefläche am Objektträger.
Als Federelement kommt gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 6 vorzugsweise eine Zugfeder zum Einsatz. Die Zugfeder ist dabei an der Klemmplatte befestigt und ermöglicht sowohl eine Vorspannung des Klemmelements im offenen Zustand als auch eine ausreichende Klemmspannung im geschlossenen Haltezustand.
Ein besonders einfaches Bewegen der Klemmplatte relativ zur Auflageplatte ist möglich, wenn die beiden Platten parallel zu einander angeordnet sind (Anspruch 7). Befindet sich dabei die Klemmplatte unterhalb der Auflageplatte, so sind die einzelnen Auflageflächen der Aufnahmeplatte von oben frei zugänglich.
Zum Bewegen der Klemmplatte relativ zur Aufnahmeplatte ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Anspruch 8 eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen. Für ein besonderes präzises Durchführen der Relativbewegung wird dabei vorzugsweise ein Exentergetriebe verwendet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 9 wird eine besonders sichere Halterung des Objektträgers dadurch erreicht, dass der Objektträger gegen ein zweites Anschlagelement an der Querseite der Auflagefläche geführt wird. Dadurch wird eine besonders stabile und sichere Halterung erreicht, ohne den Objektträger in Längsrichtung mit zusätzlichen Kräften zu beaufschlagen. Das Bewegen des bereits verklemmten Objektträgers gegen das zweite Anschlagelement erfolgt vorzugsweise durch ein Bewegen des Klemmelements (Anspruch 10). Da der Objektträger bereits verklemmt ist, wird er über die Haftreibung zwischen der Klemmfläche am Klemmelement und einer Längsseite gegen das zweite Anschlagelement geführt.
Als besonders einfache und dennoch wirkungsvolle Form des Klemmelements hat sich ein Klemmstift erwiesen (Anspruch 11). Der an der Klemmplatte angebrachte Klemmstift steht dabei vorzugsweise senkrecht aus der Klemmplatte heraus. Die Klemmfläche ist hierbei vorzugsweise durch ein schlauchartiges Kunststoffteil gebildet, das am oberen Teil des Klemmstiftes befestigt ist. Ist das Klemmelement als Klemmstift ausgebildet, kann das Bewegen des Objektträgers gegen das zweite Anschlagelement durch ein Drehen des Klemmstiftes um seine Längsachse erfolgen (Anspruch 12). Ein Bewegen des Klemmelements bzw. der gesamten Klemmplatte in Richtung auf das zweite Anschlagelement ist dann nicht mehr erforderlich.
Die Ansprüche 14 bis 19 beschreiben ein entsprechendes Verfahren zum Halten von Objektträgern. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, dass anhand der Zeichnungen näher erläutert wird. Hierbei zeigen:
1 ein perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Haltevorrichtung,
3 einen Querschnitt durch einen Teil der Haltevorrichtung.
Die Haltevorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Aufnahmeplatte 2 und einer Klemmplatte 3. Die Klemmplatte 3 ist dabei auf eine Grundplatte 4 geschraubt derart, dass sich die Klemmplatte 3 mit geringem Spiel in X-, Y- und Z-Richtung bewegen kann.
Die Aufnahmeplatte 2 ist aus siebenundzwanzig Auflagepositionen für Objektträger in Form von Auflageflächen 5 zusammengesetzt. In die Auflageflächen 5 können Objektträger 6 mit Außenmaßen von 0,9 × 24,6 × 74,6 mm bis 1,2 × 26,4 × 76,4 mm eingelegt werden. Von den siebenundzwanzig möglichen Positionen sind in 1 lediglich fünf belegt. Dabei ist in der vorderen linken Auflagefläche ein Objektträger 6a mit kleineren Außenmaßen, in der darüber befindlichen Auflagefläche ein Objektträger 6b mit größeren Außenmaßen positioniert. Die Auflageflächen 5 auf der Aufnahmeplatte 2 sind derart angeordnet, dass die Querseiten 7 der Objektträger 6 parallel zur X-Richtung 8 und die Längsseiten 9 der Objektträger 6 parallel zur Y-Richtung 10 verlaufen. Die Z-Richtung 11 erstreckt sich dabei senkrecht zu der durch X und Y aufgespannten Ebene.
Jede Auflagefläche 5 weist an Ihrer als Anschlagsseite dienenden hinteren Längsseite 12 zwei Anschlagelemente 13 auf. Die Anschlagelemente 13 in Form von kurzen Anschlagsleisten sind dabei voneinander beabstandet angeordnet und ragen über die Auflagefläche 5 in Z-Richtung 11 heraus. Darüber hinaus weist jede Auflagefläche 5 ein weiteres Anschlagselement 14 auf, dass ihrer oberen Querseite 15 zugeordnet ist. Die Längsseite 16 der Auflagefläche 5, die der mit Anschlagselementen 13 versehenen Längsseite 12 gegenüberliegt, weist eine in etwa rechteckförmige Ausnehmung 17 auf. Durch diese erstreckt sich ein unterhalb der Auflagefläche 5 an der Klemmplatte 3 befestigter Klemmstift 18 in Z-Richtung 11. Wie in 2 dargestellt, ist der Klemmstift 18 dabei in einer in X-Richtung 8 verlaufenden Langloch-Führung 19 geführt. Am Klemmstift 18 ist eine Klemmstiftfeder (vgl. 3) in Form einer Zugfeder 20 angebracht, die den Klemmstift 18 etwa mittig umschlingt. Die Zugfeder 20 ist dabei an entsprechenden Befestigungsnasen 21 in der Klemmplatte 3 aufgehängt.
Nach dem Auflegen der Objektträger 6 auf die Auflageflächen 5 werden die Klemmstifte 18 gegen die vorderen Längsseiten 9 der Objektträger geführt. Dazu wird zunächst ein einer ersten Betätigungsvorrichtung 22 zugeordneter erster Exzenterhebel 23 um 180° geschwenkt. Dadurch bewegt sich die Klemmplatte 3 in negativer X-Richtung 8, bis die Klemmstifte 18 die Längsseiten 9 der Objektträger 6 berühren. Die jeweiligen Klemmstellen 24 sind durch auf die Klemmstifte 18 gezogene schlauchartige Kunststoffmäntel 25 definiert. Nachdem die Klemmstifte 18 die Längsseiten 9 der Objektträger 6 erreicht haben, wird die Klemmplatte 3 noch etwas weiter in negativer X-Richtung 8 auf die längsseitigen Anschlagelemente 13 zu bewegt. Die Klemmstifte 18 bewegen sich dann in ihren Langloch-Führungen 19, wobei die auf jeden Klemmstift 18 wirkende Federspannung mit zunehmender Bewegung der Klemmplatte 3 in Richtung Anschlagelemente 13 wächst, bis eine erste Endposition erreicht ist. Mit anderen Worten werden die Klemmstiftfedern 20 gespannt und erzeugen die für eine sichere Halterung der Objektträger 6 notwendige Klemmkraft.
Im Anschluss daran können die derart verklemmten Objektträger 6 gegen das querseitige Anschlagelement 14 bewegt werden, bis sie ihre dortige zweite Endposition erreicht haben. Dies erfolgt mittels einer zweiten Betätigungsvorrichtung 26, der ein zweiter Exzenterhebel 27 zugeordnet ist. Bei der Verschwenkung des zweiten Exenterhebels 27 um 180° bewegt sich die Klemmplatte 3 in positiver Y- Richtung 10. Da auf die Objektträger 6 in negativer X-Richtung 8 die Klemmkraft bereits wirkt, werden durch die Haftreibung zwischen Objektträgerlängsseite 9 und Klemmstift 18 alle Objektträger 6 in positiver Y-Richtung 10 gegen die an den Querseiten 15 vorgesehenen Anschläge 14 geschoben. Die Betätigungsvorrichtungen 22, 26 sind dabei vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass die Klemmplatte 3 in ihre jeweiligen Endposition gegenüber der Aufnahmeplatte 2 fixiert werden kann. Zum Öffnen der Klemmung werden die Exenterhebel 23, 27 jeweils wiederum 180° zurückgeschwenkt.
Eine gleichwertige Halterung kann auch erreicht werden, wenn die Bewegung der Objektträger 6 in Richtung auf die querseitigen Anschläge 14 durch eine Drehung der Klemmstifte 18 um ihre Längsachse 28 erfolgt und dadurch eine Mitnahme der geklemmten Objektträger 6 in Y-Richtung 10 erreicht wird.
Anstelle der beiden Betätigungsvorrichtungen 22, 26 sind auch eine Vielzahl weiterer Lösungen zur Bewegung der Klemmplatte 3 bzw. zur Bewegung der Klemmstifte 18 möglich. Beispielsweise können die Klemmstifte 18 bahngeführt sein, so dass nur ein Betätigungshebel erforderlich ist.

1: Haltevorrichtung
2: Aufnahmeplatte
3: Klemmplatte
4: Grundplatte
5: Auflagefläche
6: Objektträger
7: Objektträgerquerseite
8: X-Richtung
9: Objektträgerlängsseite
10: Y-Richtung
11: Z-Richtung
12: Hintere Auflageflächenlängsseite
13: Längsseitiges Anschlagelement
14: Querseitiges Anschlagelement
15: Hintere Auflageflächenquerseite
16: Vordere Auflageflächenlängsseite
17: Ausnehmung
18: Klemmstift
19: Langloch
20: Zugfeder
21: Befestigungsnase
22: Erste Betätigungsvorrichtung
23: Exzenterhebel
24: Klemmstelle
25: Kunststoffmantel
26: Zweite Betätigungsvorrichtung
27: Exzenterhebel
28: Klemmstiftlängsachse

Claims

Haltevorrichtung (1) für Objektträger (6) mit einer Aufnahmeplatte (2), die wenigstens eine Auflagefläche (5) für einen Objektträger (6) und wenigstens ein einer Längsseite (12) der Auflagefläche (5) zugeordnetes Anschlagelement (13) aufweist und mit einer relativ zur Aufnahmeplatte (2) bewegbaren Klemmplatte (3) mit wenigstens einem an einer Längsseite (9) des Objekträgers (6) angreifenden Klemmelement (18) zum Verklemmen des Objektträgers (6) gegen das Anschlagelement (13) durch eine Relativbewegung von Klemmplatte (3) und Aufnahmeplatte (2).
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Klemmkraft durch die Federspannung eines das Klemmelement (18) in Richtung Anschlagelement (13) führenden Federelements (20) erzeugt wird.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (18) in der Klemmplatte (3) beweglich geführt ist.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine in der Klemmplatte (3) angeordnete Längsführung (19) zur Führung des Klemmelements (18) auf einer Führungsbahn senkrecht zur Längsseite (9) des Objektträgers (6).
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (18) zur Ausbildung einer Klemmfläche (24) eine Auflage (25) aus einem elastischen Material aufweist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine an der Klemmplatte (3) befestigte Zugfeder als Federelement (20).
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmplatte (3) parallel zur Auflageplatte (2) angeordnet ist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Betätigungsvorrichtung (22) zum Bewegen der Klemmplatte (3) gegenüber der Aufnahmeplatte (2) in Richtung auf das Anschlagelement (13).
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch – wenigstens ein einer Querseite (15) jeder Auflagefläche (5) zugeordnetes zweites Anschlagelement (14) und – eine zweite Betätigungsvorrichtung (26) zum Bewegen des verklemmten Objektträgers (6) gegen das zweite Anschlagelement (14).
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betätigungsvorrichtung (26) zum Bewegen des Klemmelements (18) in Richtung auf das zweite Anschlagelement (14) ausgebildet ist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Klemmstift als Klemmelement (18).
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmstift (18) um seine Längsachse (28) drehbar ausgebildet ist und die an der Längsseite (9) des Objektträgers (6) anliegende Klemmfläche (24) als Reibrad zur Bewegung des Objektträgers (6) in Richtung auf das zweite Anschlagelement (14) dient.
Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch – eine Vielzahl von vorzugsweise rasterförmig auf der Aufnahmeplatte (2) angeordneten Auflageflächen (5) und – eine entsprechende Anzahl von mit den auf den Auflageflächen (5) angeordneten Objektträgern (6) zusammenwirkenden, auf der Klemmplatte (3) angeordneten Klemmelementen (18). Klemmplatte (3) angeordneten Klemmelementen (18).
Verfahren zum Halten von Objektträgern (6) mit den Schritten: – Auflegen eines Objektträgers (6) auf eine mit einem längsseitigem Anschlagelement (13) versehene Auflagefläche (5) einer Aufnahmeplatte (2) und – Verklemmen des Objektträgers (6) gegen das Anschlagelement (13) durch Bewegen einer ein Klemmelement (18) aufweisenden Klemmplatte (3) relativ zur Aufnahmeplatte (2), wobei das Klemmelement (18) an einer Längsseite (9) des Objektträgers (6) angreift.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft durch die Federspannung eines das Klemmelement (18) in Richtung Anschlagelement (13) führenden Federelements (20) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der Klemmplatte (3) relativ zur Aufnahmeplatte (2) in einem ersten Teilschritt bis zur Kontaktierung des Klemmelements (18) mit der Längsseite (9) des Objektträgers (6) und in einem zweiten Teilschritt darüber hinaus in Richtung Anschlagelement (13) erfolgt derart, dass das Federelement (20) das Klemmelement (18) zur Verklemmung des Objektträgers (6) am Anschlagelement (13) beaufschlagt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: – Bewegen des verklemmten Objektträgers (6) gegen eine querseitiges Anschlagelement (14) der Auflagefläche (5).
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (6) durch Bewegen des Klemmelements (18) gegen das querseitige Anschlagelement (14) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (6) durch Drehen eines als Klemmelement (18) dienenden Klemmstiftes mit einer als Reibrad ausgebildeten Klemmfläche (24) um seine Längsachse (28) bewegt wird.