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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Übertragung
von Flüssigkeiten
aus einem Behälter
in einen weiteren, z. B. auf die Übertragung kleiner Mengen einer
Flüssigkeit
aus einer Mehrzahl von Mulden zu einer Mehrzahl von Behältnissen.
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Andauernde
schnelle Fortschritte in der Chemie, insbesondere der Biochemie
und Molekularbiologie, fordern verbesserte Fähigkeiten für ein Ausführen großer Anzahlen von Reaktionen
unter Verwendung kleiner Mengen von Materialien.
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Beim
Untersuchen von Patienten auf genetische Krankheiten und eine Anfälligkeit
hin z. B. nimmt die Anzahl von Krankheiten, für die zugeordnete Mutationen
bekannt sind, zu und die Anzahlen mutierter Allele, die diesen Krankheiten
bekanntermaßen
zugeordnet sind, nehmen zu. Ein angemessenes genetisches Untersuchen
auf eine oder sogar einige dieser Krankheiten hin kann ein Testen
einer Probe von dem Patienten gegenüber einer sehr großen Anzahl
genetischer Proben erfordern.
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Enorme
und schnell ansteigende Anzahlen wesentlicher Biomoleküle wurden
bisher identifiziert und charakterisiert und ein Verständnis ihrer
verschiedenen Rollen in Zellvorgängen
verbessert sich stark. Folglich ist z. B. die Anzahl potentieller
Ziele für ein
pharmakologisches Eingreifen sehr groß. Techniken für eine parallele
chemische Synthese, wie z. B. Kombinationschemie, können wirksam
Bibliotheken großer
Anzahlen synthetischer Verbindungen erzeugen, die bei einem vernünftigen
Medikamentenentwurfsansatz in Bezug auf ausgewählte Ziele untersucht werden
können.
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Beträchtliche
Bemühungen
wurden in Richtung einer Entwicklung besserer Ansätze zum
Handhaben großer
Anzahlen von Proben, Reagenzien und Analyten unternommen. Automatisierte
Labor-Arbeitsplatzrechner und Systeme auf Roboterbasis wur den für einige
chemische Manipulierungen bei Untersuchung und Synthese zur routinemäßigen Verwendung
gebracht und zweckgebundene Computeranwendungen wurden sowohl zum
Steuern von Vorgängen
als auch zum Manipulieren von Daten entwickelt. Eine Anzahl von
Ansätzen
wurde zum Miniaturisieren von Systemen zum Ausführen chemischer Prozesse vorgeschlagen,
um die Mengen der verschiedenen Komponenten zu reduzieren. Einige dieser
Ansätze
haben Verwendung gefunden. Insbesondere verwenden z. B. Array-Technologien
zum Binden von Paarproben unbewegliche Komponenten in Arrays von
Merkmalen auf einer Oberfläche
und Mikrofluid-Technologien verwenden Netzwerke untereinander verbundener
Kapillaren zum Bewegen und Kombinieren von Komponenten auf einer
sehr kleinen Skala.
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Es
besteht ein wesentliches und wachsendes Interesse an einem Verwenden
von Array-Technologien zum Ausführen
biomolekularer Manipulierungen. In Array-Techniken werden bestimmte
der Komponenten in einer Struktur aus Array-Merkmalen auf einer
Oberfläche
eines festen Trägers
unbeweglich gemacht und können
mit anderen Komponenten in Wechselwirkung stehen. Arrays von Bindemitteln, in
denen derartige Bindemittel, wie z. B. Oligonucleotide oder Peptide,
auf einer Trägeroberfläche in der Form
eines Arrays oder Musters aufgebracht werden, können bei einer Vielzahl von
Anwendungen nützlich
sein, einschließlich
einer Genausdrucksanalyse, einer Drogen-Untersuchung, einer Nukleinsäuresequenzierung,
einer Mutationsanalyse und dergleichen. Informationen über die
Nucleotidsequenz einer Ziel-Nukleinsäure z. B. können durch ein Kontaktieren
des Ziels mit einem Array unterschiedlicher oberflächengebundener
DNA-Proben unter Bedingungen erhalten werden, die eine Hybridisierung
von Nukleinsäuren,
die komplementäre
Sequenzen aufweisen, bevorzugen, sowie durch ein Bestimmen dessen,
an welchen Orten des Arrays Duplexe gebildet werden. Eine Hybridisierung
zu oberflächengebundenen
DNA-Probearrays kann in einem einzelnen Experiment eine relativ
große
Menge an Informati onen liefern. Die Array-Technologie z. B. kann
in einer Differentialgenausdrucksanalyse nützlich sein.
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Derartige
Arrays können
auf eine einer Vielzahl unterschiedlicher Weisen hergestellt werden. DNA-Arrays
können
z. B. manuell durch ein Sprenkeln von DNA mit einer Mikropipette
auf die Oberfläche
eines Substrats erzeugt werden, siehe Khrapko u. a., DNA Sequence
(1991), 1: 357 – 388.
Alternativ kann ein Punkt-Fleck-Ansatz oder ein Schlitz-Fleck-Ansatz verwendet
werden, bei dem ein Vakuumverteilter wässrige DNA-Proben aus einer Mehrzahl
von Mulden zu einer Substratoberfläche überträgt. Alternativ kann ein Array
von Stiften in ein Array von Fluidproben eingetaucht und dann mit
dem Substrat kontaktiert werden, um das Array von Probematerialien
zu erzeugen. Alternativ kann ein Array von Kapillaren verwendet
werden, um Biopolymerarrays zu erzeugen, wie z. B. in der internationalen
Patentveröffentlichung
WO 95/35505 beschrieben ist.
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Die
U.S.-Patentanmeldungen 6,458,583 und 6,461,812 beschreiben ein Bilden
biomolekularer Arrays durch Anpassungen von Vorrichtungen, die in der
Druckindustrie verwendet werden, und insbesondere von Tintenstrahldruckköpfen und
von automatisierten Vorrichtungen zum Bewegen eines Druckkopfs über eine
Druckoberfläche
und zum Aufbringen der Tinten an erwünschten Orten auf der Oberfläche. Andere
Verwendungen von Tintenstrahldruckvorrichtungen zur Abgabe biochemischer
Mittel, wie z. B. von Proteinen und Nukleinsäuren, sind z. B. in den U.S.-Patenten
Nr. 5,658,802; 5,338,688; 5,700,637; 5,474,796; 4,877,745 und 5,499,754
vorgeschlagen oder offenbart.
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Ob
das miniaturisierte System eine Mikrofluid-Vorrichtung oder ein
Array ist oder einen anderen Entwurf aufweist, zumindest einige
der verschiedenen Biomoleküle,
die in das System eingeführt
werden sollen, werden üblicherweise
in Depots hergestellt, die entfernt von den Behältnissen sind, durch die dieselben
in das System eingeführt
werden. Diese Depots können
z. B. die Form einer Mehrmuldenplatte (mit üblicherweise 96 Mulden in einem 12×8-Format)
oder einer Mikrotiter-Platte (üblicherweise
mit 384 Mulden in einem 16×24-Format
oder 1.536 Mulden in einem 32×48-Format)
annehmen. Eine technische Herausforderung stellt der Schritt eines Übertragens
der Flüssigkeiten,
die die verschiedenen Biomoleküle
enthalten, von den Depots zu den spezifischen Behältnissen
das. In einem Array-System, das unter Verwendung einer Tintenstrahldrucktechnik
aufgebaut ist, stellt z. B. der Bedarf einer Übertragung der Flüssigkeiten
von den Depots zu den spezifischen Reservoirs in dem Druckkopf eine technische
Herausforderung dar.
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Üblicherweise
kann eine Pipette verwendet werden, um eine Flüssigkeit tröpfchenweise von einem Depot
an ein Behältnis
(wie z. B. ein Reservoir in einer Mikrofluid-Vorrichtung oder ein
Reservoir in einem Druckkopf) zu übertragen. Die Spitze der Pipette
wird zuerst in die Flüssigkeit
in dem Depot eingetaucht und ein Teil der Flüssigkeit wird in die Pipette
gezogen; dann wird die Pipette zu dem Behältnis bewegt und eine Menge
der Flüssigkeit
wird in das Behältnis
ausgestoßen.
Mehrere Pipetten können zusammengenommen
und verwendet werden, um auf einmal mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten
zu übertragen,
um die Anzahl von Wiederholungen zu reduzieren, wobei Probleme einer
kleinen Abmessung jedoch einen derartigen Ansatz unpraktisch machen
können.
In jedem Fall führt
der Übertragungsschritt
zu einer Verunreinigung der Pipetten, die folglich entweder weggeworfen
und ausgetauscht oder gereinigt (z. B. durch Spülen) werden müssen, bevor dieselben
zur Übertragung
unterschiedlicher Flüssigkeiten
verwendet werden. Wenn eine große
Anzahl unterschiedlicher Flüssigkeiten
bewegt werden soll, wird die Übertragungsvorrichtung
mechanisch unhandlich und die Kosten einer Minimierung des Risikos
einer Verunreinigung nehmen zu.
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Die
ebenfalls anhängige
U.S.-Patentanmeldung 2003/0138968 schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Flüssig keitsübertragung,
die die Probleme in der Technik bei einer Flüssigkeitsübertragung einer kleinen Menge
einer Probe überwinden. Das
Verfahren und die Vorrichtung können
auf eine Tintenstrahldruckkopftechnologie angewendet werden. Unterschiedliche
Flüssigkeitsproben
sind in Depots oder Mulden in einer Platte oder einem Block, wie
z. B. in einer standardmäßigen Mikrotiter-Platte, gelagert.
Die Proben können
biologische Materialien sein, die in analytischen Versuchen, wie
z. B. bei Array-Versuchen, verwendet werden. Die Proben werden in
entsprechende Behältnisse
eines Aufnahmesystems übertragen
(geladen). Die Proben werden in den Behältnissen gehalten, bis sie
für einen
Versuch abgegeben werden. Gemäß der ebenfalls
anhängigen
Anmeldung 2003/0138968 wird bewirkt, dass sich die Flüssigkeitsprobe
aus den Depots auf der Mikrotiter-Platte heraus bewegt und sich
ein Tröpfchen mit
einem konvexen Meniskus an der Oberfläche jedes Depots bildet. Das
Aufnahmesystem extrahiert oder lädt
das Tröpfchen
in seine Behältnisse,
indem die Öffnungen
in den Behältnissen
mit den Menisken der Flüssigkeitsproben
kontaktiert werden. Der Fluss der Flüssigkeitsprobe in das Behältnis (Laden)
beruht zumindest teilweise auf einer Kapillarwirkung).
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Die
Ladewirksamkeit für
das Verfahren und die Vorrichtung der ebenfalls anhängigen Anmeldung ist
schwierig zu bestimmen, bis die Probe dann durch das Aufnahmesystem
auf das Testprobenstück
abgegeben oder abgefeuert ist. Wenn eine Probe nicht ordnungsgemäß oder vollständig in
das Behältnis
geladen wurde, feuert das Behältnis
nicht ordnungsgemäß ab. Entweder
wird z. B. keine Probe abgegeben oder eine nicht ausreichende Menge
wird auf das Array-Substrat abgegeben. Die Abfeuerungszuverlässigkeit
eines einzelnen Behältnisses
der ebenfalls anhängigen
Vorrichtung und des Verfahrens liegt schätzungsweise bei etwa 75 %.
Die Effizienz und die Zuverlässigkeit
des Aufnahmesystems beeinflussen direkt die Zuverlässigkeit
der analytischen Ergebnisse biomolekularer Versuche.
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Die
vorliegende Erfindung möchte
eine verbesserte Flüssigkeitsübertragung
bereitstellen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Übertragen
einer oder mehrerer Flüssigkeiten,
wie in Anspruch 1 spezifiziert ist, bereitgestellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen
von Flüssigkeitsproben,
wie in Anspruch 8 spezifiziert ist, bereitgestellt.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
können
die Ladeeffizienz und deshalb die Abfeuerungszuverlässigkeit
in Flüssigkeitsübertragungsvorrichtungen
und -verfahren verbessern. Dies kann die Zuverlässigkeit biologischer Versuche
steigern.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
weist eine Vorrichtung zum Übertragen
einer oder mehrerer Flüssigkeitsproben
ein Depotbauteil und ein Aufnahmebauteil auf. Das Depotbauteil weist
eine Mehrzahl von Mulden auf und das Aufnahmebauteil weist zumindest
ein Behältnis
und eine Mehrzahl von Auslässen
auf. Die Mehrzahl von Auslässen
steht in Fluidkommunikation mit dem Behältnis. Jede Mulde in dem Depotbauteil
weist eine Öffnung
an einer Oberfläche
des Depotbauteils auf. Die Mulden tragen die eine oder die mehreren
Flüssigkeitsproben.
Die Flüssigkeitsprobe
wird zur Übertragung
aus der Mulde durch die Öffnung
als ein kugelförmiges
Tröpfchen
an der Oberfläche
des Depotbauteils verlagert. Die Vorrichtung kann auch eine Steuerung
zum Ausrichten der Mehrzahl von Auslässen des Aufnahmebauteils über dem
verlagerten Tröpfchen
auf der Oberfläche des
Depotbauteils aufweisen. Die Steuerung senkt das Aufnahmebauteil
auf eine Höhe
oberhalb der Oberfläche
des Depotbauteils ab, um das Tröpfchen zu
kontaktieren und zu komprimieren. Vorzugsweise wird das Tröpfchen komprimiert,
bis das Tröpfchen alle
Auslässe
in dem Aufnahmebauteil kontaktiert. Danach aktiviert die Steuerung
vorzugsweise einen Gegendruck, um das komprimier te Tröpfchen durch im
wesentlichen alle der kontaktierten Auslässe zu laden. Vorzugsweise
weist die Vorrichtung eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Positionierungsfehlern
auf, da das komprimierte Tröpfchen
alle der Auslässe
in dem Behältnis
vor einem Laden in das Aufnahmebauteil kontaktiert.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel überträgt ein Verfahren
Flüssigkeitsproben
von einer Mehrzahl von Mulden in zumindest ein Behältnis in dem
Aufnahmebauteil durch Auslässe,
die in Fluidkommunikation mit dem Behältnis stehen. Jede Flüssigkeitsprobe
weist eine Tröpfchenform
auf, wenn sie aus der Mehrzahl von Mulden verlagert wird. Das Verfahren
weist den Schritt eines Komprimierens des verlagerten Tröpfchens
mit dem Aufnahmebauteil auf. Vorzugsweise wird das Tröpfchen komprimiert, bis
es alle der Auslässe
kontaktiert. Das Verfahren kann den Schritt eines Aktivierens eines
Gegendrucks aufweisen, um das komprimierte Tröpfchen durch im wesentlichen
alle kontaktierten Auslässe
in das Behältnis
zu laden.
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Das
Aufnahmebauteil kann vorzugsweise unter Verwendung des bevorzugten
Verfahrens eine nachfolgende Abfeuerungszuverlässigkeit von zumindest etwa
95 % aufweisen, da die Flüssigkeitsprobe
während
des Komprimierungsschritts verteilt wird, um alle der Auslässe des
Aufnahmebauteils zu kontaktieren.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Aufnahmebauteil ein Tintenstrahldruckkopf, der zur Übertragung
biologischer Proben in analytischen Versuchen angepasst ist. Der
Druckkopf weist zumindest ein Reservoir auf, das in Fluidkommunikation
mit einer Mehrzahl von Düsen
steht. Der Druckkopf wird über
das kugelförmige
Flüssigkeitströpfchen abgesenkt,
um das Tröpfchen
zu komprimieren, bis das Tröpfchen
alle der Düsen
der Mehrzahl von Düsen
kontaktiert. Wenn die Flüssigkeitsproben
in jeder Mulde des Depotbauteils gleich sind, überträgt der Druckkopf z. B. wirksam die
gleichen Flüssigkeitsproben
von der Mehrzahl von Mulden des Depotbauteils zu unterschiedlichen
Orten auf einem Array-Substrat. Wenn die Flüssigkeitsproben in jeder Mulde
des Depotbauteils unterschiedlich sind, weist der Druckkopf eine
Mehrzahl separater Reservoirs auf, wobei jedes seine eigene Mehrzahl
von Düsen aufweist,
um effizient die unterschiedlichen Flüssigkeitsproben von der Mehrzahl
von Mulden an unterschiedliche oder die gleichen Orte auf dem Array-Substrat zu übertragen.
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Die
Effizienz der bevorzugten Vorrichtung und des bevorzugten Verfahrens
sorgt für
zuverlässigere
biologische Versuche, insbesondere Komplex-Array-Versuche mehrerer
unterschiedlicher Proben.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist unten lediglich beispielhaft Bezug
nehmend auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1A bis 1C Schnittansichten
eines Abschnitts eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
während
der Übertragung
einer Flüssigkeitsprobe
gemäß dem bevorzugten
Verfahren;
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2 ein
Flussdiagramm des bevorzugten Verfahrens.
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Man
könnte
sagen, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel eine Verbesserung
gegenüber dem
Verfahren und der Vorrichtung darstellt, die in der ebenfalls anhängigen Anmeldung
2003/0138968 beschrieben sind.
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Wie
in der U.S.-Anmeldung 2003/0138968 beschrieben ist, weisen das Verfahren
und die Vorrichtung ein Depotbauteil mit einer Mehrzahl von Mulden
auf, die in einem ausgewählten
Format angeordnet sind. Jede Mulde weise eine Öffnung und ein Trägerbauteil
auf und die Mulden sind angepasst, um eine Flüssigkeitsprobe zu tragen. Das
Aufnahmebauteil trägt
zumindest ein Behältnis.
Die Flüssigkeit
in jeder Mulde wird derart aus der Mulde verlagert, dass ein kugelförmiges Tröpfchen der
Probe, das einen konvexen Meniskus aufweist, aus der Öffnung in
der Mulde auf der Oberfläche
des Depotbauteils quillt. Das Behältnis wird mit dem aufgequollenen
Meniskus kontaktiert, um zumindest einen Teil der Flüssigkeit,
zumindest zu Beginn aufgrund einer Kapillarwirkung, in das Behältnis zu
ziehen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
trägt das Aufnahmebauteil
eine Mehrzahl von Behältnissen, die
in einem Format angeordnet sind, das dem Format der Mehrzahl von
Mulden ähnelt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
weist das Aufnahmebauteil eine Druckkopfauslassplatte auf, die Auslässe durch
dieselbe aufweist, die in Fluidkommunikation mit den Behältnissen
stehen, und die Behältnisse stehen
in Fluidkommunikation mit Reservoirs in dem Druckkopf.
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Bei
dem Verfahren und der Vorrichtung der ebenfalls anhängigen Anmeldung
wird ein Kontakt zwischen dem Meniskus der Probe und dem Auslass in
dem Behältnis
zum Laden der Flüssigkeitsprobe durch
eine Kapillarwirkung, die durch das gleichzeitige Ausüben eines
Gegendrucks erleichtert werden kann, derart hergestellt, dass die
Flüssigkeit
in das Behältnis
fließt.
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Für die hierin
beschriebenen Ausführungsbeispiele
weist die Vorrichtung ein Depotbauteil auf, das dem in der U.S.-Anmeldung
2003/0138968 beschriebenen ähnelt.
Ein Bauteil ist mit einer Mehrzahl von Mulden gebildet, die jeweils
eine Öffnung
aufweisen. Ein Abschnitt einer Wand jeder Mulde ist flexibel oder
verformbar. Eine Flüssigkeitsprobe
ist in den Mulden platziert. Die Flüssigkeitsprobe kann die gleiche
sein oder unterschiedlich und ist bei einigen biologischen Anwendungen üblicherweise
eine sehr kleine Menge, wie z. B. etwa 2 Mikroliter.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Depotbauteil eine flexible Platte mit einer Mehrzahl von Mikroti ter-Mulden
in derselben. Die Wände
der Mulden sind durch ein Dehnen oder Bilden eines dünnen flexiblen
Films in zylindrische Mulden hergestellt, die an einem Ende spitz
zulaufen und an einem gegenüberliegenden
Ende offen sind. Der Film wird mit einem zylinderförmigen Stift
oder einem Tauchkolbenwerkzeug gedehnt. Vorzugsweise ist der flexible
Film ein Material, wie z. B. Polypropylen.
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Die
Vorrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
umfasst außerdem
ein Aufnahmebauteil, das dem der U.S.-Anmeldung 2003/0138968 ähnelt. Das
Aufnahmebauteil weist zumindest ein Behältnis auf, das zumindest einen
Auslass aufweist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Aufnahmebauteil
eine Mehrzahl von Behältnissen und
eine Mehrzahl von Auslässen
auf. Noch bevorzugter weist das Aufnahmebauteil eine Druckkopfauslassplatte
auf, die Druckauslässe
durch dieselbe aufweist, wobei die Behältnisse Düsen des Druckkopfs sind. Die
Düsen stehen
in Fluidkommunikation mit einem Reservoir in dem Druckkopf. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Druckkopfs steht die Mehrzahl von Düsen in Fluidkommunikation mit
einem einzelnen Reservoir in dem Druckkopf, um die gleiche Flüssigkeitsprobe
aus mehreren Mulden aufzunehmen. Bei einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
des Druckkopfs gibt es mehr als ein separates Reservoir und ein
Satz von Düsen steht
in Fluidkommunikation mit jedem separaten Reservoir des Druckkopfs,
um unterschiedliche Flüssigkeitsproben
aufzunehmen. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Druckkopf
von einem thermischen Tintenstrahldruckkopfsystem angepasst, wie
z. B. in den ebenfalls anhängigen
U.S.-Patentanmeldungen
6,458,583 und 6,461,812 beschrieben ist.
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Die
Vorrichtung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
weist eine Steuerung zum Ausrichten, Absenken und Anheben des Aufnahmebauteils
in Bezug auf die Oberfläche
des Depotbauteils, derart, dass das Tröpfchen der Flüssigkeitsprobe
komprimiert werden kann, und zum Aktivieren eines Gegendrucks in
den Behältnissen
für einen
Zeitraum auf, wie un ten Bezug nehmend auf das bevorzugte Verfahren
weiter beschrieben ist. Vorzugsweise weist die Steuerung einen Mikroprozessor
zum Steuern des Aufnahmebauteils auf.
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Das
bevorzugte Verfahren zum Übertragen einer
Flüssigkeitsprobe
verwendet die oben beschriebene Vorrichtung und überträgt die Flüssigkeitsprobe aus den Mulden
des Depotbauteils zu Behältnissen
eines Aufnahmebauteils. Das Aufnahmebauteil kann dann verwendet
werden, um die Flüssigkeitsproben
zur Analyse zu einer Substratoberfläche zu übertragen.
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Die
Proben in den Mulden des Depotbauteils der bevorzugten Vorrichtung
werden aus den Mulden verlagert, bis dieselben ein im wesentlichen
kugelförmiges
Tröpfchen
bilden, das einen konvexen Meniskus über der Öffnung in der Mulde aufweist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Werkzeug an das geschlossene oder spitz zulaufende Ende
der Mulde gegenüber
von der Öffnung
angelegt, um die Flüssigkeitsprobe
aus der Mulde heraus durch die Öffnung
zu drücken,
wenn die flexible Wand der Mulde verformt wird. Das Werkzeug ist
im Grunde genommen ein Tauchkolben oder ein Druckstift, der in die
Mulde passt, um den Wandabschnitt zu kontaktieren und zu verformen.
Jedes Verfahren zum Bewirken dessen, dass sich die Probe aus der
Mulde heraus bewegt und sich ein Tröpfchen mit einem im wesentlichen
konvexen Meniskus an der Oberfläche
bildet, ist jedoch geeignet.
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Ferner
wird das Aufnahmebauteil der bevorzugten Vorrichtung über dem
Depotbauteil abgesenkt, bis das kugelförmige Tröpfchen kontaktiert ist. Gemäß dem bevorzugten
Verfahren jedoch wird das Aufnahmebauteil über dem Depotbauteil abgesenkt, um
die Auslässe
in dem Behältnis
gegen den konvexen Meniskus des flüssigen Tröpfchens zu pressen, derart,
dass das Tröpfchen
etwas komprimiert wird. Das Aufnahmebauteil wird auf eine Höhe abgesenkt, die
ausreichend ist, um den konvexen Meniskus zu komprimieren, derart,
dass sich der Meniskus ausreichend verteilt, um sich im wesentlichen über alle
der Auslässe
in dem Behältnis
des Aufnahmebauteils zu erstrecken, jedoch keine benachbarten Tröpfchen zu kontaktieren,
Nachdem die Flüssigkeitsprobe
komprimiert ist, wird vorzugsweise ein Gegendruck für einen
Zeitraum („Haltezeit") aktiviert, um die
Probe durch im wesentlichen alle der Auslässe zu laden, die gegen die
Probe komprimiert werden. Der Gegendruck ist in Bezug auf die Umgebung
negativ, um die Probe in das Behältnis
zu ziehen. Die Steuerung steuert die Bewegung des Aufnahmebauteils
und die Ausübung
des Gegendrucks.
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Der
Komprimierungsschritt bewirkt, dass das Tröpfchen mehr der Öffnungen
kontaktiert als das Tröpfchen
andernfalls kontaktieren würde,
wenn keine Komprimierung ausgeübt
würde.
Der Gegendruck wird nachfolgend auf das komprimierte Tröpfchen ausgeübt, um das
komprimierte Tröpfchen
durch die kontaktierten Auslässe
und in das Behältnis
zu ziehen. Anders ausgedrückt
wird kein angemessener Gegendruck ausgeübt, um die komprimierte Probe, unmittelbar
auf einen Kontakt zwischen dem Aufnahmebauteil und dem Tröpfchen hin
in das Behältnis anzusaugen,
wobei statt dessen der Gegendruck nach dem Schritt des Komprimierens
des konvexen Meniskus des Tröpfchens
ausgeübt
wird. Das System stellt sicher, dass mehr der Behältnisse
mit der Flüssigkeitsprobe
beladen werden als andernfalls auftreten könnte, wenn keine Komprimierung
und kein nachfolgender Gegendruck verwendet würden.
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Die
Höhe oberhalb
der Oberfläche
des Depotbauteils, auf die das Aufnahmebauteil abgesenkt wird („Stopphöhe"), oder die Menge
einer Komprimierung, die auf das Tröpfchen ausgeübt wird,
ist eine Funktion vieler physischer Parameter der Flüssigkeitsprobe,
wie z. B. Oberflächenspannung
und Oberflächenenergie
des Flüssigkeitströpfchens.
Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird in der Lage sein, die Menge
einer anzuwendenden Komprimierung, um den Probe/Auslass-Kontakt
zu erhöhen,
jedoch keine benachbarten Tröpfchen
für eine
bestimmte Flüssigkeitsprobe
zu verunreinigen, ohne übermäßiges Experimentieren
zu bestimmen. Wenn die Probe in jeder Mulde das gleiche Material
ist, kann die Steuerung eine feste Stopphöhe oder Tröpfchenkomprimierung für den Schritt
des Ladens bereitstellen. Bei dem bevorzugten Druckkopfausführungsbeispiel
liefert die Steuerung eine Komprimierungsmenge, die ausreichend
ist, um das Tröpfchen über eine
Gruppe von Düsen
zu verteilen, die um den anfänglichen Kontaktpunkt
zwischen dem Druckkopf und dem Tröpfchen verteilt sind. Die Düsen der
Gruppe stehen bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel alle in Fluidkommunikation
mit dem gleichen Reservoir.
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Wenn
die Proben jedoch nicht in jeder Mulde gleich sind, kann die Steuerung
eine Stopphöhe
oder Tröpfchenkomprimierung
bereitstellen, die ein durchschnittlicher Wert basierend auf den
physischen Parametern der unterschiedlichen Proben ist, oder die Steuerung
kann programmiert sein, um unterschiedliche Stopphöhen zum
Laden der unterschiedlichen Proben aus dem Depotbauteil zu verwenden.
Das Aufnahmebauteil weist mehr als ein separates Behältnis auf,
um die unterschiedlichen Proben getrennt zu halten. Bei dem bevorzugten
Druckkopfausführungsbeispiel
ist der Druckkopf in mehrere separate Reservoirs, z. B. zehn Reservoirs
bei diesem Ausführungsbeispiel,
unterteilt, was es dem Druckkopf ermöglicht, zehn unterschiedliche
Proben zu einer Zeit zu laden und nachfolgend die zehn unterschiedlichen Proben
pro Array zu entladen („abzufeuern" oder „zu sprenkeln"), wenn derselbe über das
Array-Substrat geleitet wird. Jedes Reservoir kommuniziert mit einer separaten
Mehrzahl von Düsen.
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Ferner
wird der Gegendruck, der an das Aufnahmebauteil bereitgestellt wird,
für einen
bestimmten Zeitraum („Haltezeit") aktiviert, um das
komprimierte Tröpfchen
durch alle der Auslässe
zu ziehen, die in Kontakt mit dem komprimierten Tröpfchen stehen,
sowie in die Behältnisse
des Aufnahmebauteils. Die Menge eines ausgeübten Gegendrucks und die Haltezeit
sind abhängig
von vielen Variablen und Wechselwirkungen zwischen Variablen. Ein
Fachmann auf diesem Gebiet ist in der Lage, die Parameter für die Ausübung des Gegendrucks
für eine
bestimmte Probe und Ausrüstung
ohne übermäßiges Experimentieren
einzurichten und zu optimieren.
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Für die bevorzugten
Druckkopfausführungsbeispiele
z. B. kann abhängig
von der Probezusammensetzung und dem verwendeten Typ von Druckkopf
die Stopphöhe
von etwa 100 μm
bis 500 μm
variieren, der Gegendruck kann von 5 bis 50 mbar (2 bis 20 Zoll)
Wasser mit Haltezeiten variieren, die von etwa 3 Sekunden bis 5
Sekunden variieren können.
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Die
bevorzugte Vorrichtung und das bevorzugte Verfahren können z.
B. die Flüssigkeitsprobe von
der Mulde an eine weitere Oberfläche,
wie z. B. die Oberfläche
eines Testsubstrats, für
einen biologischen Versuch übertragen.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind besonders zum Übertragen
kleiner Mengen der gleichen oder unterschiedlicher Flüssigkeitsproben
zu unterschiedlichen Positionen auf einem Substrat in jeder Array-Struktur
nützlich.
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1A stellt
einen Abschnitt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 dar,
in der ein Aufnahmebauteil 11 in einem anfänglichen Kontakt
mit einem konvexen Meniskus 13a einer Flüssigkeitsprobe 15 in
einem kugelförmigen
Tröpfchen 15a über einer
Mulde 14 an einer Oberfläche 16 eines Depotbauteils 18 steht.
Das Aufnahmebauteil 11 weist eine Mehrzahl von Auslässen 12 auf,
die mit einem Behältnis 17 kommunizieren.
Es wird angemerkt, dass der konvexe Meniskus 13a nicht
alle der Auslässe 12 in
dem Aufnahmebauteil 11 auf einen anfänglichen Kontakt hin kontaktiert.
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1B stellt
das Aufnahmebauteil 11 dar, das den Meniskus 13a der
Probe 15 aus 1A komprimiert (Schritt 21),
bevor die Probe in das Aufnahmebauteil 11 geladen wird.
Es wird angemerkt, dass der komprimierte Meniskus 13b in 1B in Kontakt
mit allen der Auslässe 12 in
dem Aufnahmebauteil 11 steht.
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Wenn
das komprimierte Tröpfchen 15b in Kontakt
mit allen der Auslässe 12 des
Aufnahmebauteils 11 steht, wird ein gesteuerter Gegendruck
vorzugsweise aktiviert (Schritt 23), um zu bewirken, dass
das komprimierte Probetröpfchen 15b in
das Behältnis 17 des
Aufnahmebauteils 11 durch alle der kontaktierten Auslässe 12 übertragen
(oder geladen) wird. 1C stellt über Pfeile die Bewegung des
geladenen Tröpfchens 15c in
das Behältnis 17 dar.
Das komprimierte Tröpfchen 15b wird
auf eine einheitliche Weise durch alle der Auslässe 12 des Aufnahmebauteils 11 geladen.
Die Steuerung (nicht gezeigt) übt
gemäß der Erfindung
eine geeignete Menge an Komprimierung und Gegendruck für die Flüssigkeitsprobe 15 aus.
Vorzugsweise reduziert dies die Empfindlichkeit gegenüber Positionierungsfehlern
zwischen der Mehrzahl von Mulden 14 und den Auslässen 12 des
Aufnahmebauteils 11, da das komprimierte Probetröpfchen 15b sich
ausreichend verteilt, um alle Auslässe 12 in dem Aufnahmebauteil 11 zu
kontaktieren.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das das bevorzugte Übertragungsverfahren 200 darstellt.
Nachdem die Flüssigkeitsprobe 15 aus
ihrer jeweiligen Mulde 14 in ein kugelförmiges Tröpfchen 15a verlagert
wurde und das Aufnahmebauteil 11 gesenkt wurde, um das
Tröpfchen 15a zu
kontaktieren, wird die Flüssigkeitsprobe 15 aus
dem Depotbauteil 18 in das Aufnahmebauteil 11 geladen.
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Das
Verfahren 200 zum Übertragen
oder Laden der Flüssigkeitsprobe
weist den Schritt eines Komprimierens 21 eines kugelförmigen Tröpfchens 15a mit
dem Aufnahmebauteil 11 auf, um das komprimierte Tröpfchen 15b über im wesentlichen
alle Auslässe 12 in
dem Aufnahmebauteil 11 zu verteilen. Vorzugsweise aktiviert 23 das
Verfahren einen Gegendruck für
einen Zeitraum, um das komprimierte Tröpfchen 15b in das
Behältnis 17 des
Aufnahmebauteils 11 durch alle der Auslässe 12 zu laden, die in
Kontakt mit dem komprimierten Tröpfchen 15b stehen.
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Sobald
alle derartigen Proben 15 geladen sind, wird das Aufnahmebauteil 11 dann
weg von der Oberfläche 16 des
Depotbauteils 18 gehoben.
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Die
Proben können
durch die Auslässe 12 des
Aufnahmebauteils 11 auf ein Testsubstrat entladen werden,
um z. B. ein Array von Proben zur Analyse, wie z. B. einem biologischen
Versuch, herzustellen.
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Gemäß dem bevorzugten „Druckkopf"-Ausführungsbeispiel
wird, nachdem die Düsen über der Probenmulde 14 positioniert
sind und bewirkt wird, dass sich die Probe 15 aus der Mulde
heraus bewegt, wie oben beschrieben wurde, der Druckkopf auf eine Höhe oberhalb
des Depotbauteils 18 abgesenkt, die ausreicht, um zu erlauben,
dass die Düsen
das Tröpfchen 15a kontaktieren
und weiter komprimieren, bis das komprimierte Tröpfchen 15b sich über alle
Düsen verteilt.
Der für
die Haltezeit ausgeübte
Gegendruck bewirkt, dass das komprimierte Tröpfchen 15b durch die
Düsen an
das Reservoir geladen wird. Der Druckkopf mit der geladenen Probe 15b wird
danach weg von dem Depotbauteil 18 gehoben und vorbereitet,
um die Probe 15c z. B. auf das Testsubstrat aufzubringen
oder abzufeuern.
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Bei
einem bevorzugteren Ausführungsbeispiel
kann die Flüssigkeitsprobe
mit einem Zusatzstoffmaterial gemischt werden, um die Oberflächenspannung,
Oberflächenenergie
oder weitere physische Parameter, wie z. B. die Viskosität der Flüssigkeitsprobe
für das
Verfahren 200 und die Vorrichtung 100, zu optimieren.
Derartige Zusatzstoffe können die
Bildung und Form des Tröpfchens
und/oder die Stärke
des Tröpfchen
während
des Komprimierungsschritts 21 optimieren. Ferner können derartige
Zusatzstoffe die Viskosität
und Benetzbarkeit der Flüssigkeitsprobe
zu den Behältnissen
des Aufnahmebauteils verbessern, um den Ladevorgang zu erleichtern.
Ein oberflächenaktives
Mittel, wie z. B. Triton X-100,
und/oder ein Filter, wie z. B. LEG (ethoxyliertes Lipon-Glycol),
kann gemäß der Erfindung
die erwünschten Charakteristika
zum Laden bereitstellen, ohne einen Kompromiss bei der Flüssigkeitsprobenzusammensetzung
einzugehen. Der Typ von Zusatzstoff und die Menge hängen von
vielen Faktoren ab, wie z. B. der Zusammensetzung der übertragenen Flüssigkeitsprobe,
dem Typ verwendeten Aufnahmebauteils und den Materialien, die zur
Bildung der Auslässe
und Behältnisse
des Aufnahmebauteils verwendet werden.
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So
wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Flüssigkeitsproben
in kleinen Mengen von einem Gefäß oder einer
Mulde mit verbesserter Effizienz und Zuverlässigkeit beschrieben. Es wird
darauf verwiesen, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
lediglich darstellend für
einige der vielen spezifischen Ausführungsbeispiele sind, die die
Lehren hierin verwenden. Klar können
zahlreiche weitere Anordnungen ohne weiteres durch Fachleute auf
diesem Gebiet konstruiert werden, ohne von dem Schutzbereich der
Ansprüche abzuweichen.