DE60116441T2

DE60116441T2 - Verfahren und Vorrichtung für die Abgabe von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE60116441T2
Application number: DE60116441T
Authority: DE
Inventors: Douglas Bransgore Davies; James Keith Blandford Forum Haslam; Sarah Katharine Bransgore Stephens
Original assignee: Genetix Ltd
Current assignee: Molecular Devices New Milton Ltd
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: DE60116441D1; US6943035B1; EP1155742A2; US20050180892A1; ATE314888T1; EP1155742A3; EP1155742B1

Description

STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abgeben von Flüssigkeiten. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung das Abgeben von Flüssigkeiten von Well-Platten, wie sie auf dem Gebiet der Chemie und der Biotechnologie für Mikroanordnungen und andere Anwendungsformen weitverbreitet Verwendung finden.
Die Mikroanordnungsbearbeitung ist eine Technik, die weitverbreitet Einsatz findet. Die herkömmliche Mikroanordnungsbearbeitung basiert auf standardmäßigen Mehrfach-Well-Platten mit einem Raster von 4,5 mm und 384 Wells. Größere Anordnungen mit 1536 Wells werden jedoch in zunehmendem Umfang verwendet; diese größeren Anordnungen entsprechen einem Raster von 2,25 mm. Probenflüssigkeiten werden in den Wells einer Well-Platte gelagert. Die Flüssigkeit kann eine Testflüssigkeit oder irgendeine andere interessierende biologische oder chemische Probe sein. Um die Flüssigkeit von einem Well aufzunehmen, wird eine Nadel in das Well getaucht, um eine Menge der Flüssigkeit aufzunehmen. Die Nadel, die eine Menge der Probenflüssigkeit trägt, wird dann zu einer Auftragsoberfläche auf einem Mikroskop-Objektträger oder einer anderen geeigneten Oberfläche hinüberbewegt. Ein Tropfen der Flüssigkeit wird auf dem Objektträger abgesetzt, indem die Nadel sehr nahe zur Oberfläche des Objektträgers gebracht wird oder indem die Nadelspitze physikalisch mit der Oberfläche des Objektträgers in Kontakt gebracht wird.
1A der begleitenden Zeichnungen zeigt schematisch eine Nadel 110, die üblicherweise zum Aufbringen verwendet wird. Die Nadel hat die Form eines Splints, wobei Flüssigkeit 111 durch Kapillarwirkung zur Nadel gezogen und auf dieser getragen wird. Die Flüssigkeit wird von der Nadel auf die Auftragsoberfläche abgegeben, indem die Nadel zur Auftragsoberfläche abgesenkt wird oder an diese anstößt, so daß die Flüssigkeit von der Nadelspitze auf die Auftragsoberfläche übertragen wird.
1B der begleitenden Zeichnungen zeigt schematisch eine modifizierte Ausgestaltung eines Splints, der im Stand der Technik ebenfalls zum Aufbringen verwendet wird. Der Splint 110 beinhaltet ein Reservoir 112 und hat ein stumpfes Ende, so daß die Flüssigkeit 111 sich über die Nadelspitze hinaus erstreckt. Die Flüssigkeit kann auf eine Auftragsoberfläche aufgebracht werden, indem das stumpfe Ende der Nadel mit der Auftragsoberfläche in Kontakt gedrückt wird oder indem die Nadel sehr nahe zur Oberfläche gebracht wird, so daß die Oberflächenspannung dazu führt, daß ein Tropfen von der Nadel auf die Oberfläche übertragen wird.
Diese Ausgestaltungen von Nadeln haben gemeinsam, daß sie die Kapillarwirkung nutzen, um ein Reservoir von Probenflüssigkeit zu erhalten, welches für das Absetzen vieler Tropfen ausreichend ist. Dadurch wird ein Eintauchen in das Well für jeden Tropfen vermieden.
Die meisten Nadeln in Mikroanordnungen des Standes der Technik hängen vertikal in einem gemeinsamen Kopf. Sie befinden sich aufgrund von Schwerkraft oder Federvorspannung in der untersten Position. Der Kopf neigt dazu, die Endstellung um einen geringen Betrag zu überfahren, und durch dieses Überfahren der Endstellung heben sich die Nadeln im Kopf.
Ungeachtet der Ausgestaltung der Nadeln wird das Auftropfen mit den folgenden grundlegenden Schritten durchgeführt. Die Nadel wird über die Well-Platte bewegt. Die Nadel wird in ein Well der Well-Platte eingetaucht, um etwas Flüssigkeit aufzunehmen. Die die Flüssigkeit tragende Nadel wird zu der und über die Auftragsoberfläche bewegt. Die aufgenommene Flüssigkeit wird von der Nadel auf der Auftragsoberfläche abgesetzt, und zwar entweder mit nur einem Tropfen oder, im Falle einer Nadel, die ein Reservoir von Probenflüssigkeit trägt, mit mehreren Tropfen. Die Nadel wird zur Well-Platte zurückbewegt, um für weitere Auftropfvorgänge mehr Flüssigkeit aufzunehmen.
Die 2A bis 2C der begleitenden Zeichnungen zeigen den grundlegenden Auftropfprozeß. In 2A wird eine Nadel 110 von einem Nadelkopf 120 nach unten abgesenkt, beispielsweise mechanisch, um sie in ein Well 112 einer Well-Platte 114 einzutauchen und dadurch eine Menge einer Probenflüssigkeit aufzunehmen. In 2B wird die Probenflüssigkeit auf einer Auftragsoberfläche abgesetzt. In 2C wird die Nadel in einem Waschschritt 118 gereinigt, typischerweise nachdem viele Auftropfvorgänge stattgefunden haben (d.h. die 2A bis 2B wiederholen sich), ehe mit dem Auftropfen einer anderen Probenflüssigkeit begonnen wird.
Bei der Ausgestaltung waren die Bemühungen darauf gerichtet, die Übergangszeiten des Kopfs zu beschleunigen, so daß die Zeit zwischen dem Eintauchen in die Well-Platte und dem Absetzen von Tropfen auf dem Objektträger reduziert wird. Wie weiter oben erwähnt wurde, sind die Nadeln manchmal auch so ausgestaltet, daß sie die Kapillarwirkung nutzen, um eine Flüssigkeitsmenge, die ausreichend ist, um eine Anzahl von Tropfen abzusetzen, in der Nadel zu speichern. Dies beschleunigt auch das Auftropfverfahren, indem die Häufigkeit, mit der der Kopf zwischen der Well-Platte und dem Objektträger hin- und herverfahren werden muß, reduziert wird.
Die US-A-5,789,251 beschreibt Wells, die tassenförmig ausgebildet und an der Oberseite mit einer Folienschicht abgedichtet bzw. verschlossen sind. Die "Basis" der Wells, die in diesem Dokument beschrieben sind, ist mit dem Rest des Wells einstückig ausgebildet.
Die WO-A-98/36260 beschreibt ein Mikroröhrchen, welches mit einem Spund verschlossen ist. Flüssigkeit kann mittels einer Nadel, die durch den Spund eingeführt wird, in das Mikroröhrchen injiziert werden.
Die US-A-4,827,780 beschreibt eine automatische Pipettiervorrichtung, die eine Montageplatte mit einer daran befestigten Zylinderstange beinhaltet. Eine Mehrzahl von Mikrospritzenzylindern ist an der Zylinderstange angebracht. Die Montageplatte (und somit die Mikrospritzenzylinder) sind durch einen Montageplattenmotor aufwärts und abwärts bewegbar.
Die WO-A-00/01798 beschreibt eine Vorrichtung zur Mikrofluidübertragung. Die Vorrichtung beinhaltet einen Druckkopf mit einer Anordnung von frei hängenden Kontaktübertragungsspitzen zum Aufnehmen und Aufbringen von mikrofluidischen Mengen eines Reagens aus einer Quelle zu einem Ziel.
Die US-A-5,951,783 beschreibt eine Waschvorrichtung zum Waschen von Wells, wie denjenigen, die in Mikrotiterplatten zu finden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abgeben von Flüssigkeit bereitgestellt, bei dem man: (a) ein Flüssigkeitsreservoir bereitstellt, welches eine Basis aufweist, die durch eine selbstdichtende Membran begrenzt ist, (b) eine Spitze eines länglichen Teils durch die Flüssigkeit bewegt und dann weiter, um die selbstdichtende Membran zu perforieren, so daß eine Menge der Flüssigkeit durch die Membran freigesetzt wird, (c) die Spitze zurückzieht, um die selbstdichtende Membran sich wieder abdichten zu lassen, und (d) die selbstdichtende Membran erneut perforiert, so daß eine weitere Menge der Flüssigkeit durch die Membran freigesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Well-Platte bereitgestellt mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche, einer Anordnung von Wells, die sich durch die Well-Platte und zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche erstrecken, einer unteren Membran, die sich über der unteren Oberfläche unter Ausbildung einer durchstechbaren, selbstdichtenden, flüssigkeitsdichten Basis für die Wells erstreckt.
Das Auftropfen kann durchgeführt werden, indem eine Nadel nach unten durch die Flüssigkeit und dann weiter gestoßen wird, um die untere selbstdichtende Membran zu durchstechen. Eine Auftragsoberfläche kann unter der Well-Platte angeordnet sein. Die Probenflüssigkeit, die mit der Nadelspitze durch die untere Membran gedrückt wird, kann so direkt auf der Auftragsoberfläche abgesetzt werden. Die Nadel wird dann durch die untere Membran, die sich automatisch wieder abdichtet und dadurch weiteren Flüssigkeitsverlust verhindert, nach oben zurückgezogen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik muß der Nadelkopf nicht zwischen der Well-Platte und der Auftragsoberfläche hin- und herverfahren werden, um Probenflüssigkeit zu sammeln, was die Betriebsgeschwindigkeit erheblich steigert. Darüber hinaus haben Experimente bewiesen, daß die Tropfengröße, die mittels Absetzens durch die selbstdichtende Membran erzielt wird, überaus konsistent ist. In Systemen des Standes der Technik, die darauf aufbauen, daß die Nadel einmal in das Well eingetaucht wird, um viele Tropfen abzusetzen, treten tendenziell größere Abweichungen bei der Tropfengröße auf, da die Nadel durch Verdampfung und durch das Absetzen trocken wird.
Die Well-Platte kann auch mit einer selbstdichtenden oberen Membran versehen sein, wodurch die Flüssigkeit vollständig in dem Well eingeschlossen wird. Die Nadel sticht dann zuerst durch die obere Membran und dann weiter durch die Flüssigkeit und die untere Membran. Wenn die Nadel zurückgezogen wird, dichtet sich die obere Membran in der gleichen Weise ab wie die untere Membran. Folglich wird ein Probenverlust aus den Wells durch Verdampfen verhindert. Dies ist insbesondere bei wertvollen oder toxischen Proben von Nutzen und hat den weiteren Vorteil, daß das Risiko einer Kontamination der Probe in hohem Maße reduziert wird. Darüber hinaus wischt die obere Membran über den Schaft der Nadel, wenn diese zurückgezogen wird. Dieser Reinigungsvorgang reinigt die Nadel und reduziert gleichzeitig den Verlust an Probenflüssigkeit. Weiterhin stellt die obere Membran sicher, daß ein versehentliches Fallenlassen der Well-Platte nicht zu einem Verschütten führt.
Well-Platten können in vielen verschiedenen Größen und Konfigurationen bereitgestellt werden. Standardgeometrien mit 96, 384 oder 1536 Wells können bereitgestellt werden. Es können auch speziell größenangepaßte Well-Platten entwickelt werden, um speziellen Anwendungen zu genügen oder als ein proprietäres Maß.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kopfapparat für die Mikroanordnungsbearbeitung unter Verwendung von Mehrfach-Well-Platten bereitgestellt mit einem Nadelkopf mit einer Anordnung von Nadeln, einem Montagerahmen, der für das Halten einer Mehrfach-Well-Platte unter dem Nadelkopf angepaßt ist, und einer motorbetriebenen Bühne, die so betrieben werden kann, daß sie die Anordnung von Nadeln abwärts durch eine Mehrfach-Well-Platte, die in dem Montagerahmen gehalten wird, fahren kann, um eine Probe auf einer Auftragsoberfläche unter dem Kopfapparat abzusetzen.
Die Nadeln können somit durch die Wells und durch die selbstdichtende Membran bewegt werden, um eine Probe direkt auf einer unter dem Kopfapparat gehaltenen Auftragsoberfläche abzusetzen. Der Nadelkopf und eine daran gehaltene Well-Platte können so mittels eines Roboterführungssystems zusammen umherbewegt werden, statt den Kopf unabhängig von der Well-Platte zu bewegen, wie es im Stand der Technik der Fall ist.
Die Nadeln sind vorzugsweise im Rumpfabschnitt fixiert, so daß ihre Spitzen in einer gemeinsamen Ebene distal zu dem Rumpfabschnitt liegen. Verschiebbar montierte Nadeln sind nicht notwendig, was zu einer beträchtlichen Kostenersparnis führt.
Alternativ können die Nadeln einzeln bewegbar und ansteuerbar sein, beispielsweise unter Verwendung herkömmlicher Mechanismen zum Ansteuern von Nadelanordnungen.
In vorteilhafter Weise kann der Kopf weiterhin ein Widerlager umfassen, welches so angeordnet ist, daß es verhindert, daß die Nadelspitzen über eine durch das Widerlager begrenzte Ebene hinausbewegt werden. Das Widerlager ist so ausgestaltet, daß die Auftragsoberfläche gleichzeitig mit den Nadeln zum Auftropfen kontaktiert wird. Das Widerlager begrenzt somit die maximale Bewegung der Nadeln beim Absetzen von Tropfen. Die Nadeln werden vorzugsweise so zurückgehalten, daß sie entweder einen geringfügigen Abstand zur Auftragsoberfläche haben oder nur an den Endpunkten ihrer maximalen Bewegung mit dieser in Kontakt kommen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein automatisierter Apparat für die Mikroanordnungsbearbeitung für die automatisierte Handhabung von Mehrfach-Well-Platten bereitgestellt. Der automatisierte Apparat zur Mikroanordnungsbearbeitung beinhaltet einen Kopfapparat, wie er oben beschrieben wurde, und ein Roboterführungssystem, welches so betreibbar ist, daß es Mehrfach-Well-Platten in den Montagerahmen einsetzt und aus diesem herausnimmt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Verwendung des Kopfapparats und/oder des automatisierten Apparats für die Mikroanordnungsbearbeitung, wie oben beschrieben, gerichtet. Die Verwendung beinhaltet das Vorsehen einer Mehrfach-Well-Platte in dem Montagerahmen. Die Verwendung beinhaltet ebenso das Verfahren der Nadelanordnung des Nadelkopfs nach unten durch die Mehrfach-Well-Platte, um eine Probe auf einer Auftragsoberfläche unterhalb des Kopfapparats abzusetzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen
1A eine schematische Schnittansicht eines Splints des Standes der Technik ist,
1B eine schematische Schnittansicht eines weiteren Splints des Standes der Technik ist,
2A das Aufnehmen einer Probe mittels einer Nadel von einem Well aus einer Mehrfach-Well-Platte nach dem Stand der Technik zeigt,
2B das Absetzen einer Probe von einer Nadel auf einen Mikroskop-Objektträger nach dem Stand der Technik zeigt,
2C das Waschen einer Nadel nach dem Stand der Technik zeigt,
3 eine schematische Schnittansicht durch einen Teil einer Mehrfach-Well-Platte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei Nadeln sowie auch einem Objektträger zeigt,
4 eine schematische Aufrißansicht eines Beispiels einer Mehrfach-Well-Platte gemäß der Ausführungsform von 3 zeigt,
5 eine Mehrfach-Well-Platte mit einem Nadelkopf oberhalb und einer Auftragsoberfläche unterhalb der Platte in einer betriebsbereiten Ausgestaltung zeigt,
6 eine Mehrfach-Well-Platte mit einem alternativen Nadelkopf oberhalb und einem Mikroskop-Objektträger unterhalb der Platte in einer betriebsbereiten Ausgestaltung zeigt,
7 in Aufrißansicht einen Nadelkopf mit einer Auftragsoberfläche und einer Mehrfach-Well-Platte zeigt,
8 eine schematische Darstellung einer automatisierten Auftropfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
3 ist eine schematische Zeichnung, die einen Ausschnitt eines Teils einer Mehrfach-Well-Platte 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Zwei Nadeln 10 und 10' in zwei unterschiedlichen Betriebspositionen und eine Auftragsoberfläche 16 sind ebenfalls gezeigt. Die Mehrfach-Well-Platte 30 beinhaltet eine Vielzahl von Wells, von denen zwei in 3 gezeigt sind. Jedes Well wird teilweise durch eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Seitenwand 12 begrenzt, die in einem Hauptkörper der Well-Platte definiert ist. Die Form der Seitenwand ist nicht entscheidend. Der Hauptkörper besteht aus herkömmlichem Material. Der Hauptkörper hat eine Unterseite, an der eine untere Membran 14 befestigt ist, und eine Oberseite, an der eine obere Membran 20 befestigt ist. Die untere Membran 14 bildet eine Basis für die Wells. Die obere Membran 20 bildet einen Deckel für die Wells. Der Meniskus einer Probenmenge ist mit der Bezugszahl 18 bezeichnet. In einem konkreten Beispiel kann die gezeigte Meniskusposition etwa 5 Mikroliter an Probenflüssigkeit in jedem Well darstellen, wobei jedes Well ein Gesamtvolumen von etwa 30 Mikrolitern hat. Außer dem Abdichten des Wells gegen ein Verschütten hat die obere Membran 20 die Funktion, den Verlust an Probe durch Verdampfen zu verhindern, was bei kostbaren, flüchtigen oder gefährlichen Proben wichtig ist. Die obere und die untere Membran sind aus selbstdichtendem Material hergestellt, d.h. Material, welches sich automatisch abdichtet, nachdem es mit einer Nadel oder Kanüle durchstochen wurde. Das verwendete Material wurde von USA/Scientific Plastics (Europe) Limited bezogen. Dieses Material hat eine klebende hintere Deckschicht, wobei der Klebstoff inerte medizinische Qualität besitzt. Materialien wie Gummi, Silikon oder PTFE können für die Membrane ebenfalls geeignet sein. Auch andere flexible, elastische Materialien können geeignet sein.
Im Betrieb wird, um eine Menge der Probe abzugeben, eine Nadel von der durch die Nadel 10' gezeigten Position nach unten gefahren. Die Nadel bewegt sich durch die obere Membran 20, dann durch die Probenflüssigkeit nach unten und weiter durch die untere Membran 14, bis sie sich sehr nahe bei einer oberen Oberfläche der Auftragsoberfläche 16 befindet. Diese Position ist durch die Nadel 10 in 3 gezeigt. Die Probenflüssigkeit, die sich beim Bewegen durch das Well an der Spitze gesammelt hat, wird dann auf der Auftragsoberfläche abgesetzt.
Experimente haben gezeigt, daß die Probenmenge, die durch die Membran getragen wird, überaus konsistent ist und Tropfen mit 80 Mikrometern Durchmesser bei sehr geringen Abweichungen auf einer Auftragsoberfläche aus Glas liefert. Die Tropfengröße kann unter Verwendung von Nadeln mit variierenden Spitzendurchmessern variiert werden. In den Experimenten wurden die Spitzen nicht auf die Auftragsoberfläche gedrückt, sondern vielmehr unter Verwendung einer Widerlageranordnung, wie sie unten näher beschrieben wird, in eine Position mit einem nominellen Nullabstand oder Nullversatz zur Auftragsoberfläche gebracht. Das Absetzen der Flüssigkeit wird somit durch die Oberflächenspannung und die Flüssigkeitsströmungswirkung bewirkt oder indem die Flüssigkeit aufgrund einer Geschwindigkeitsabnahme von der Spitze abgeworfen wird. In den Experimenten waren die Nadeln herkömmliche chirurgische Nadeln aus rostfreiem Stahl Grad 316, die durch Abflachen der Nadelspitzen auf einen Durchmesser von 50 Mikrometern modifiziert wurden. In den Experimenten dichtete sich die untere Membran scheinbar vollkommen wieder ab, ohne daß es bei einem Test mit 1000 Durchstechungen in einer einzigen Durchstechungsposition zu einer Beeinträchtigung der Dichtungseigenschaften kam. Ein Probenverlust (außer durch das Absetzen von Tropfen) oder eine Beschädigung der Membran waren nicht zu erkennen.
Es können auch andere Formen und Abmessungen von Nadelspitzen verwendet werden, um die Dosierung der Menge an abgesetzter Flüssigkeit zu steuern. Beispielsweise können gerillte Nadelspitzen verwendet werden.
4 zeigt eine Aufrißansicht einer ganzen Mehrfach-Well-Platte 30, wobei eine Ecke der oberen Membran 20 zur besseren Veranschaulichung angehoben ist. Die untere Membran 14 ist ebenfalls zu sehen. Die Well-Platte entspricht den industriellen Standardabmessungen einer 384-Well-Platte. Dementsprechend sind die Wells in einem rechtwinkligen Raster von 4,5 mm angeordnet, und die Well-Platte ist im allgemeinen rechteckig mit äußeren Abmessungen von 124,5 mm mal 82 mm, um eine Anordnung von 16 mal 24 Wells aufzunehmen.
Obwohl die Membranen als einzelne Bögen gezeigt sind, die auf den Hauptkörper der Well-Platte aufgeklebt sind, versteht es sich, daß die obere oder die untere Membran auch segmentiert sein kann. Beispielsweise könnten für jedes Well oder jede Gruppe von Wells individuelle Membranabschnitte bereitgestellt werden. Weiterhin könnten die Membranen mechanisch an den Oberflächen des Hauptkörpers der Well-Platte festgeklemmt werden, beispielsweise mit einer perforierten Platte mit einem Raster aus Löchern. Darüber hinaus versteht es sich, daß die obere Membran optional ist. Auf die obere Membran könnte ganz verzichtet werden. Alternativ könnte die obere Membran nach dem Befüllen der Well-Platte mit Probenflüssigkeit gleich zu Beginn eingesetzt werden, um ein Verdampfen und Verschütten während des Transports und der Lagerung zu verhindern. Die obere Membran könnte dann unmittelbar vor der Mikroanordnungsbearbeitung entfernt werden. Somit versteht es sich, daß die obere Membran nicht in allen Fällen eine selbstdichtende Membran sein muß.
5 zeigt eine weitere Aufrißansicht. Die Mehrfach-Well-Platte von 4 ist wieder gezeigt, zusammen mit einem Kopf 32, der oberhalb derselben angeordnet ist, und einem nicht-standardmäßigen Objektträger 16 unterhalb der Platte. Der Kopf 32 weist 384 Nadeln auf (tatsächlich Nadeln wie oben beschrieben), die entsprechend der Well-Anordnung der Mehrfach-Well-Platte, d.h. in einer Anordnung von 16 mal 24 mit einem Raster von 4,5 mm, angeordnet sind.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ausgestaltungen sind die Nadeln 10 in einem Rumpfteil 31 des Kopfs fixiert, um zu gestatten, daß sie durch eine oder mehrere Membranen durchgestoßen werden können, wie es bei den hier beschriebenen Mehrfach-Well-Platten erforderlich ist. Das Fixieren der Nadeln stellt einen großen Vorteil dar, da es sehr kostenaufwendig wäre, einen Kopf mit 384 durch Schwerkraft angeordneten Nadeln für eine herkömmliche Mehrfach-Well-Platte herzustellen. Die geringe Masse der Nadeln macht sie gegenüber Variationen des Sitzes der Nadeln in ihren Führungslöchern empfindlich. Wenn die Anzahl an Nadeln erhöht wird, wird es zunehmend schwieriger, zu verhindern, daß einige Nadeln frei fallen und andere Nadeln in ihren Löchern stecken bleiben. Das Hinzufügen von die Nadeln vorspannenden Federn wurde vorgeschlagen, um dieses Problem zu überwinden, doch ist dies nicht ideal, da es die Druckbelastung auf den Nadelspitzen erhöht, wodurch die Beschädigung der Nadeln und die Verschleißgeschwindigkeit zunehmen. In jedem Fall müßte die Vorspannung sehr stark sein, um die Nadeln in die Lage zu versetzen, eine oder zwei Membranen zu durchdringen.
6 ist vergleichbar mit 5, zeigt jedoch einen kleineren Kopf (Bezugszahl 32) mit 48 Nadeln, wobei die Nadeln in einer Anordnung von 4 mal 12 und wieder in einem Raster von 4,5 mm angeordnet sind. Unterhalb der 384-Well-Platte 30 ist ein Mikroskop-Objektträger 16 gemäß industriellem Standard angeordnet.
7 ist eine Darstellung eines Nadelkopfs 32 mit einem zusätzlichen Montagerahmen 33 und einer motorbetriebenen Bühne 37. Der Kopf 32 beinhaltet einen Rumpfabschnitt 31 und eine Anordnung von Nadeln 10, die sich nach unten erstrecken. Der Montagerahmen 33 hat einen unteren Rand 39 zum Aufnehmen und Halten einer Mehrfach-Well-Platte 30 aus einem automatischen Zuführsystem (weiter unten näher beschrieben). Irgendeine geeignete Führung, ein Schlitz oder ein Haltemittel könnte verwendet werden. Der Kopf 32 wird von der motorbetriebenen Bühne 37, die einen Linearmotor aufweist, der so betreibbar ist, daß er den Kopf wie dargestellt in der z-Achse nach oben und unten bewegt, in dem Montagerahmen 33 gehalten. Der Rumpfabschnitt 31 des Kopfs 32 weist vier Säulen 44 auf, die zusammen als Widerlager dienen. Die Säulen 44 sind an dem Rumpfabschnitt 31 befestigt und erstrecken sich nach unten, wo sie in einer Ebene enden, die in etwa in oder etwas unterhalb der gemeinsamen Ebene der Spitzen angeordnet ist. Die Widerlagerverlängerungen 44 von dem Rumpfabschnitt 31 des Kopfs stoppen die Nadeln in einer festgelegten Position direkt oberhalb oder auf der oberen Oberfläche des Objektträgers 16 ab, so daß durch die Flüssigkeitsströmungswirkung Flüssigkeit von den Nadeln auf die Auftragsoberfläche übergehen kann.
Im Gebrauch verfährt der Linearmotor in der z-Achse den Rumpf 31 innerhalb des Montagerahmens 33 nach unten, so daß die in dem Rumpf 31 fixierten Nadeln 10 durch die Wells der Well-Platte 30 hindurchgehen, bis das Widerlager 44 die Auftragsoberfläche 16 berührt, woraufhin die Flüssigkeit übertragen wird.
8 zeigt einen automatisierten Apparat zur Mikroanordnungsbearbeitung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Nadelkopf 32 wird von einem xyz-Robotertührungssystem 40 gehalten. Ein Stapelsystem 35 mit automatischer Zuführung ist so betreibbar, daß es Well-Platten 30 aus einem Stapel 34 von Well-Platten in den Kopf 32 einsetzt. Das Stapelsystem 35 mit automatischer Zuführung ist auch so betreibbar, daß es die Well-Platten nach Gebrauch in einem anderen Stapel 36 erneut stapelt. Die Stapelungs- und Umstapelungsvorgänge können automatisch Deckel von den Well-Platten entfernen und ersetzen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Deckel können anstelle von oder zusätzlich zu einer oberen Membran vorgesehen werden. Eine Anzahl nicht-standardmäßiger Objektträger 16 ist ebenfalls gezeigt. Die Objektträger sind dahingehend nicht standardmäßig, daß sie durch das Vorsehen eines Randbereichs, der sich über die Abmessungen eines gewöhnlichen Objektträgers hinaus erstreckt, überdimensioniert sind. Das xyz-Führungssystem 40 ist so betreibbar, daß es den Kopf und die Well-Platte zum Aufbringen von Tropfen über irgendeinem der Objektträger 16 positioniert. Eine Waschstation 42 ist ebenfalls gezeigt, die für das Reinigen des Kopfs 32 nach dem Herausnehmen einer Well-Platte und dem Stapeln derselben in dem neuen Stapel 36 vorgesehen ist.

Claims

Verfahren zum Abgeben von Flüssigkeit, bei dem man (a) ein Flüssigkeitsreservoir (18) bereitstellt, welches eine Basis aufweist, die durch eine selbstdichtende Membran (14) begrenzt ist, (b) eine Spitze eines länglichen Teils durch die Flüssigkeit bewegt und dann weiter, um die selbstdichtende Membran zu perforieren, so daß eine Menge der Flüssigkeit durch die Membran freigesetzt wird, (c) die Spitze zurückzieht, um die selbstdichtende Membran sich wieder abdichten zu lassen, und (d) die selbstdichtende Membran erneut perforiert, so daß eine weitere Menge der Flüssigkeit durch die Membran freigesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine weitere selbstdichtende Membran (20) über dem Reservoir vorgesehen ist, um einen Verlust an Material von der Flüssigkeit durch Verdampfen während der Abgabe zu hemmen.
Well-Platte (30) mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche, einer Anordnung von Wells, die sich durch die Well-Platte und zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche erstrecken, einer unteren Membran (14), die sich über der unteren Oberfläche unter Ausbildung einer durchstechbaren, selbstdichtenden, flüssigkeitsdichten Basis für die Wells erstreckt.
Well-Platte nach Anspruch 3, wobei die untere Membran aus einem einzelnen Materialbogen ausgebildet ist.
Well-Platte nach Anspruch 3, wobei die untere Membran aus mehreren Bögen ausgebildet ist.
Well-Platte nach Anspruch 5, wobei für jedes der Wells ein Bogen vorgesehen ist.
Well-Platte nach einem der Ansprüche 3 bis 6, welche weiterhin eine obere Membran (20) umfaßt, die sich über die obere Oberfläche unter Ausbildung einer Bedeckung für die Wells erstreckt.
Well-Platte nach Anspruch 7, wobei die obere Membran aus selbstdichtendem Material hergestellt ist.
Well-Platte nach einem der Ansprüche 3 bis 8, welche weiterhin eine entfernbare Abdeckung umfaßt, die sich über die obere Oberfläche unter Ausbildung einer Bedeckung für die Well-Platte erstreckt.
Well-Platte nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Anordnung von Wells einem rechtwinkligen Gitter mit einem Gitterabstand von 2,25 oder 4,5 mm entspricht.
Well-Platte nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Anordnung von Wells 384 oder 1536 Wells aufweist.
Kopfapparat für die Mikroanordnungsbearbeitung unter Verwendung von Mehrfach-Well-Platten mit einem Nadelkopf (32) mit einer Anordnung von Nadeln (10), einem Montagerahmen (33), der für das Halten einer Mehrfach-Well-Platte unter dem Nadelkopf angepaßt ist, und einer motorbetriebenen Bühne (37), die so betrieben werden kann, daß sie die Anordnung von Nadeln abwärts durch eine Mehrfach-Well-Platte, die in dem Montagerahmen gehalten wird, fahren kann, um eine Probe auf einer Auftragsoberfläche unter dem Kopfapparat abzusetzen.
Kopfapparat nach Anspruch 12, wobei der Nadelkopf weiterhin einen Rumpfabschnitt (31) umfaßt, an welchem die Nadeln (10) befestigt sind, so daß deren Spitzen in einer gemeinsamen Ebene distal zu dem Rumpfabschnitt liegen.
Kopfapparat nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Nadelkopf weiterhin eine Widerlagerverlängerung (44) umfaßt, die sich von dem Rumpfabschnitt abwärts erstreckt, so daß sie in einer weiteren Ebene, die etwa bei oder unterhalb der gemeinsamen Ebene der Spitzen angeordnet ist, eine Begrenzung liefert.
Kopfapparat nach Anspruch 12, wobei die Nadeln einzeln verfahrbar sind.
Automatisierter Apparat für die Mikroanordnungsbearbeitung zur automatisierten Handhabung von Mehrfach-Well-Platten mit einem Kopfapparat nach einem der Ansprüche 12 bis 15 und einem Roboterführungssystem (40), das so betrieben werden kann, daß es Mehrfach-Well-Platten in den Montagerahmen einsetzen und herausnehmen kann.
Verwendung des Apparates nach einem der Ansprüche 12 bis 16 für die Mikroanordnung, wobei die Verwendung folgendes umfaßt: Bereitstellen einer Mehrfach-Well-Platte in dem Montagerahmen und Verfahren der Anordnung von Nadeln des Nadelkopfs nach unten durch die Mehrfach-Well-Platte zum Absetzen einer Probe auf einer Auftragsoberfläche unter dem Kopfapparat.