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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Probenaufbringung und -aufnahme
unter Verwendung von Nadelköpfen
und Robotervorrichtungen zum Ausführen solcher Verfahren unter
Verwendung von Nadelköpfen.
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Die
Bearbeitung von Mikroanordnungen bzw. Mikroarrays ist eine Technik,
die weitverbreitet Anwendung findet. Die herkömmliche Bearbeitung von Mikroarrays
basiert auf standardmäßigen Mehrfach-Well-Platten
mit einem Raster von 4,5 mm und 384 Wells, obwohl auch andere Größen verfügbar sind.
Probenflüssigkeiten
werden in den Wells einer Well-Platte gelagert. Die Flüssigkeit
kann eine Testflüssigkeit
oder eine andere interessierende biologische oder chemische Probe
sein. Teilmengen der Flüssigkeitsprobe
in den Well-Platten werden zu einer Auftrags- bzw. Aufbringungsoberfläche, typischerweise
Mikroskop-Objektträgern,
befördert
und dort abgelegt bzw. abgesetzt, wie es erforderlich ist. Für gewöhnlich sind
viele solcher Absetzvorgänge notwendig,
und die Bearbeitung von Mikroarrays ist ein Verfahren, bei dem viele
Absetzvorgänge
gleichzeitig und automatisch durch Maschinen vorgenommen werden
können.
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1 zeigt
in einer Draufsicht sehr schematisch einen typischen Mikroarray-Roboter.
Der Roboter beinhaltet eine Hauptauflagefläche 10, auf die Well-Platten 4 mittels
eines automatisierten Well-Platten-Beschickers 6 mit einer
Anzahl von Beschickungs- bzw. Zuführspuren (in der Darstellung zwei)
durch einen Deckelabnahme-/Deckelaufbringungs-Mechanismus (nicht
gezeigt) gebracht werden. Jede Zuführspur hat eine Zuführöffnung 7 und eine
Umordnungsöffnung 8,
in der die Well-Platten gestapelt
werden, bevor bzw. nachdem sie zur Hauptauflagefläche 10 befördert werden.
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Die
Mikroarray-Bearbeitung ist ein Verfahren, bei dem die Flüssigkeit
von den Well-Platten 4 auf Auftragsoberflächen, die
durch ebenfalls auf der Hauptauflagefläche 10 angeordnete
Mikroskop-Objektträger 2 bereitgestellt
werden, aufgebracht wird. Dieser Vorgang wird durch einen Nadelkopf 12 ausgeführt, der
von x-, y- und z-Positionierern 14, 16 bzw. 18 auf
dem Roboter bewegt wird. Der Nadelkopf 12 wird von dem
z-Positionierer getragen, der wiederum von dem y-Positionierer getragen
wird, der von dem x-Positionierer getragen wird. Diese Objekte sind
schematisch in gestrichelten Linien gezeigt. Die Nadeln in dem Nadelkopf
können
pneumatisch zwischen zurückgezogenen
und ausgefahrenen Positionen bewegt bzw. betätigt werden. Der Vorgang des
pneumatischen Bewegens bzw. Betätigens
der Nadeln in die ausgefahrene Position wird als "Feuern" bezeichnet und stellt
den Vorgang dar, der verwendet wird, um Flüssigkeit aus den Nadeln auf
der Auftragsoberfläche
abzusetzen.
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Im
Betrieb ist der Kopf 12 anfänglich so positioniert, daß er seine
Nadeln mit dem benötigten
Abschnitt einer der Well-Platten 4 ausrichtet. Der Kopf 12 wird
dann so bewegt, daß er
die Nadeln teilweise in die aufzutropfende Flüssigkeit eintaucht. Oberflächenspannung
stellt sicher, daß Proben
der Flüssigkeit
an den Nadeln verbleiben, während
diese von der Well-Platte abgehoben werden. Der Nadelhalter wird
dann durch den Kopf 12 zu einem ausgewählten Ort oberhalb eines der
zu betropfenden Mikroskop-Objektträger 2 getragen bzw.
befördert,
wo die Nadeln nach unten nach unten gedrückt bzw. geschossen werden,
um das darin getragene Fluid an dem ausgewählten Ort abzusetzen. Die Flüssigkeit wird
in einem festgelegten Muster aus vielen dicht beieinanderliegenden
Tropfen aufgebracht. Durch jede Nadel wird üblicherweise ein oder werden
mehrere dicht mit Tropfen besetzte Raster erzeugt. Dicht mit Tropfen
besetzte Raster, typischerweise Quadrate von 11 × 11, werden mit einem Abstand
von 4,5 mm zwischen benachbarten Rastern erzeugt.
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Nach
einer Runde des Auftropfens muß der Nadelkopf
gereinigt werden, ehe die Nadeln verwendet werden können, um
eine weitere Gruppe von Proben von den Well-Platten aufzunehmen.
Für das
Reinigen ist der Roboter mit einer Waschstation 20 und einer
Trockenstation 24 ausgestattet, die aus Gründen der
Einfachheit üblicherweise
nebeneinander angeordnet sind. Die Waschstation 20 ist
so veranschaulicht, daß sie
erste, zweite und dritte Bäder 21, 22 und 23 beinhaltet.
Die Trockenstation 24 beinhaltet auch Halogenlampen 26,
um durch Erwärmen
der Nadeln das Trocknen zu unterstützen.
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Nach
Beendigung eines Auftropfdurchgangs bewegen die x-, y- und z-Positionierer 14, 16 und 18 den
Kopf hinüber
zur Waschstation 20. Die Nadeln werden in ihre ausgefahrenen
Positionen bewegt und in das erste Waschbad 21, welches
beispielsweise Wasser enthält,
eingetaucht. Das erste Bad 21 kann mit in das Wasser eingetauchten
aufrecht stehenden Bürsten
ausgestattet sein; in diesem Fall werden die x- und y-Positionierer
dazu verwendet, die Nadeln in einer Drehbewegung in der xy-Ebene über die
Bürsten
zu bewegen. Der Kopf wird dann zu dem zweiten Bad 22 bewegt,
welches für
die weitere Reinigung ebenfalls Wasser enthält und auch ein Bleichmittel enthalten
kann. Der Kopf wird dann zum dritten und letzten Bad 23 bewegt,
welches für
die weitere Reinigung Ethanol enthält. Ethanol wird in dem letzten
Bad 23 aufgrund seiner Flüchtigkeit verwendet, die das anschließende Trocknen
der Nadeln fördert.
Es versteht sich, daß die
genannten Reinigungsmittel erwähnt
wurden, um konkrete Beispiele anzugeben. Manchmal werden andere
Reinigungsmittel verwendet.
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Der
Nadelkopf verläßt dann
die Waschstation 20 und wird zur Trockenstation 24 hinüber und
bis oberhalb derselben bewegt. Die Halogenlampen 26 werden
eingeschaltet, um die Nadeln zu erwärmen. Dann wird ein Druckluftgebläse eingeschaltet,
um die Nadeln auf Raumtemperatur abzukühlen.
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Der
Nadelkopf 12 ist nun sauber und bereit, mit weiteren Auftropfvorgängen fortzufahren
und wird daher zur Ziel-Well-Platte hinüberbewegt, um weitere Flüssigkeit
aufzunehmen, und der Ablauf der Mikroarray-Bearbeitung wiederholt
sich.
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Bei
der Kolonieaufnahme wird eine ähnliche Vorrichtung
wie beim Auftropfen verwendet, sie kann jedoch als der umgekehrte
Vorgang angesehen werden, bei dem ein Nadelkopf verwendet wird,
um Proben von einer Kolonien tragenden Oberflächen auf eine Well-Platte zu
bewegen. Das heißt,
die Nadeln eines Nadelkopfs werden verwendet, um Proben von Kolonien
aufzunehmen und sie in einer Flüssigkeit abzusetzen,
die in Wells von Well-Platten gehalten ist. Die Kolonien werden
beispielsweise in Petrischalen, Q-Trays oder Omni-Trays bereitgestellt.
Sobald alle Nadeln verwendet wurden, müssen sie vor einer weiteren
Impfung mittels eines ähnlichen
Wasch- und Trockenver fahrens, wie es oben für die Mikroarray-Bearbeitung
beschrieben wurde, gereinigt werden, um eine Kreuzkontamination
zu vermeiden.
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Die
Geschwindigkeit der Aufnahme- und Absetzvorgänge wird durch die Dauer der
Wasch- und Trockenschritte
oft signifikant eingeschränkt.
Die Wasch- und Trockenschritte sind bei biologischen Anwendungen
entscheidend, da eine Kreuzkontamination aufgrund von "Übertragung" oft ein Problem sein kann, so daß sie nicht
beeinträchtigt
werden sollten. Die herkömmliche
Weise, den Durchsatz der Roboter zu erhöhen, besteht somit darin, die
Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der für die x-, y- und z-Positionierer
verwendeten Antriebe zu steigern. Dies erlegt jedoch der Konstruktion
der Ausrüstung verstärkt Beschränkungen
auf und bringt im allgemeinen eine überproportionale Kostensteigerung
mit sich.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung liefert einen hohen Durchsatz, indem sie einen Mikroarray-Roboter
oder Kolonien aufnehmenden Roboter mit einem automatischen Mechanismus
für das
Befestigen bzw. Einspannen von Nadelköpfen in und Freigeben derselben
aus dem xyz-Positionierer, was ein Austauschen der Köpfe erlaubt,
sowie mit einer automatisierten Wasch- und Trockenvorrichtung bereitstellt.
Dies erlaubt das Ablegen eines verschmutzten Nadelkopfs auf der
automatisierten Wasch- und
Trockenvorrichtung zu dessen Reinigung ohne eine Verwendung des
xyz-Positionierers, während
das Auftropfen oder Aufnehmen von Proben fortgesetzt werden kann,
indem ein sauberer Nadelkopf aufgenommen wird und nicht auf die
Reinigung des verschmutzten Nadelkopfs gewartet werden muß. Auf diese
Weise kann die Betriebsgeschwindigkeit erhöht werden, ohne die Beschleunigung
oder die Geschwindigkeit der x-, y- und z-Antriebe zu steigern.
Die Totzeiten, die normalerweise mit dem Wasch- und Trockenzyklus,
der üblicherweise
mehrere Minuten dauert, assoziiert sind, werden somit eliminiert
und durch die viel kürzere Totzeit
von nur einigen Zehntelsekunden, die zum Austauschen der Köpfe notwendig
sind, ersetzt. Eine weitere Betrachtungsmöglichkeit der Erfindung besteht
darin, sie so anzusehen, daß sie
die herkömmlichen
einfachen Waschbäder
und Trockenkammern durch eine automatisierte Wasch-/Trockenvorrichtung
ersetzt, was keine Beteiligung des xyz-Positionierers erfordert
und diesen dadurch in die Lage versetzt, weitere Auftropf- oder
Aufnahmehandlungen vorzunehmen.
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Die
Erfindung stellt daher ein automatisiertes Auftropf- oder Aufnahmeverfahren
bereit, welches folgendes umfaßt:
abwechselndes Ausführen
des Auftropfens oder des Aufnehmens zwischen einer Vielzahl von
Nadelköpfen,
wobei das Auftropfen oder das Aufnehmen durch einen der an einer
Positioniervorrichtung befestigten Nadelköpfe ausgeführt wird und verschmutzte Nadelköpfe gereinigt
werden, indem sie in einer automatisierten Wasch- und Trockenvorrichtung
abgelegt werden, während
das Auftropfen oder das Aufnehmen mit einem anderen an der Positioniervorrichtung
befestigten Nadelkopf fortgesetzt wird.
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Das
automatisierte Auftropf- oder Aufnahmeverfahren verwendet einen
Roboter mit einer Positioniervorrichtung zum Bewegen eines daran
angebrachten Kopfs auf dem Roboter, wobei Köp fe in automatisierter Weise
durch einen Anbringungsmechanismus an der Positioniervorrichtung
befestigt und davon gelöst
werden können.
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Das
Verfahren kann in die folgenden Schritte unterteilt werden:
- (a) Ausführen
des Auftropfens oder des Aufnehmens unter Verwendung eines ersten
Nadelkopfs, der an der Positioniervorrichtung angebracht ist,
- (b) Ablegen des ersten Nadelkopfs in einer automatisierten Wasch-
und Trockenvorrichtung, um ihn zu reinigen,
- (c) Aufnehmen eines zweiten Nadelkopfs, der sauber ist,
- (d) Ausführen
des Auftropfens oder des Aufnehmens mit dem zweiten Nadelkopf, der
an der Positioniervorrichtung befestigt ist,
- (e) Ablegen des zweiten Nadelkopfs in der automatisierten Wasch-
und Trockenvorrichtung, um ihn zu reinigen,
- (f) Aufnehmen des ersten Nadelkopfs, der in der automatisierten
Wasch- und Trockenvorrichtung gereinigt wurde,
- (g) Durchführen
des Auftropfens oder des Aufnehmens mit dem ersten Nadelkopf, der
an der Positioniervorrichtung befestigt ist, und
- (h) wiederholtes Ausführen
der Schritte (b) bis (g).
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In
einer Ausführungsform
beinhaltet die automatisierte Wasch- und Trockenvorrichtung erste und
zweite automatisierte Wasch- und Trockenstationen. Jede Wasch- und
Trockenstation hat in vorteilhafter Weise dieselbe oder eine ähnliche
Konstruktion und ist unabhängig
betreibbar. Jede Wasch- und Trockenstation hat eine Parkposition,
in der ein Nadelkopf abgelegt werden kann. Die erste automatisierte
Wasch- und Trockenstation kann zum Waschen und Trocknen des ersten
Nadelkopfs verwendet werden, und die zweite automatisierte Wasch- und
Trockenstation kann zum Waschen und Trocknen des zweiten Nadelkopfs
verwendet werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
beinhaltet die automatisierte Wasch- und Trockenvorrichtung eine
einzige automatisierte Wasch- und Trockenstation. Dies reduziert
die Kosten und die Komplexität
des Roboters. Wenn es nur eine Wasch- und Trockenstation gibt, muß während des
Auswechselns zusätzlich
die Möglichkeit
des Verschiebens der sauberen und der verschmutzten Nadelköpfe bereitgestellt
werden. Eine Möglichkeit
besteht dann, erste und zweite Parkpositionen, in denen Nadelköpfe abgelegt
werden können,
und einen Pendel-Antrieb zwischen diesen bereitzustellen, so daß ein Nadelkopf
in jeder Parkposition gewaschen und gereinigt werden kann. Ein sauberer
Nadelkopf kann somit in einer Parkposition sitzen, während ein
verschmutzter Nadelkopf in der anderen Parkposition abgelegt wird.
Unter Verwendung des Pendelmechanismus kann der saubere Nadelkopf
dann aufgenommen werden und der verschmutzte Nadelkopf kann zu einer
Wasch- und Trockenposition hinüberbewegt werden.
(Der Pendelmechanismus könnte
anstelle einer Aktivierung nach dem Wechseln auch nach der Reinigung
und vor dem Wechseln aktiviert werden.) Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, die automatisierte Wasch- und Trockenstation mit
einer Parkposition und den Roboter mit mindestens einer ersten und
einer zweiten weiteren Parkposition auszustatten, so daß die Positioniervorrichtung
einen verschmutzten Nadelkopf gegen einen sauberen Nadelkopf austauschen
kann, indem sie folgendes ausführt:
(i) Ablegen des verschmutzten Nadelkopfs in der ersten weiteren
Parkposition, (ii) Aufnehmen des sauberen Nadelkopfs aus der Wasch-
und Trockenstation und Ablegen desselben in der zweiten weiteren
Parkposition, (iii) Aufnehmen des verschmutzten Nadelkopfs aus der
ersten weiteren Parkposition und Ablegen desselben in der Parkposition
der automatisierten Wasch- und Trockenstation und (iv) Aufnehmen
des sauberen Nadelkopfs aus der zweiten weiteren Parkposition. Die
letztgenannte Möglichkeit
ist jedoch weniger bevorzugt, da es hier eine größere Anzahl an Kopffreigabe-
und -aufnahmehandlungen gibt, was zu einer Verlangsamung des Verfahrens
führt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine automatisierte Wasch- und
Trockenstation für
einen Mikroarray-Roboter oder Kolonien aufnehmenden Roboter bereitgestellt,
die folgendes beinhaltet:
- (a) eine Parkposition,
in der ein Nadelkopf abgelegt werden kann,
- (b) eine Waschstation, die einen Waschbereich aufweist, in dem
die Nadeln gewaschen werden können,
- (c) eine Trockenstation, die einen Trockenbereich aufweist,
in dem die Nadeln getrocknet werden können,
- (d) einen Antrieb zum Bewegen mindestens entweder der Parkposition,
der Waschstation oder der Trockenstation, so daß ein in der Parkposition abgelegter
bzw. geparkter Nadelkopf zum Waschen mit der Waschstation und dann
zum Trocknen mit der Trockenstation zusammengeführt werden kann.
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Die
automatisierte Wasch- und Trockenstation beinhaltet vorzugsweise
mindestens einen Einlaß und
einen Auslaß,
die miteinander verbunden sind, um Reinigungsflüssigkeit, typischerweise Wasser oder
ein Gemisch auf Wasserbasis, durch den Waschbereich zu leiten. Der
Waschbereich kann vorteilhafterweise eine Waschkammer beinhalten,
die durch eine obere Abdeckplatte begrenzt wird, welche mit einer
Anordnung bzw. einer Reihe von Löchern versehen
ist, die so angeordnet und bemessen sind, daß sie die Nadeln des Nadelkopfs
aufnehmen. Die automatisierte Wasch- und Trockenstation kann auch einen
Lufteinlaß,
der in Fluidverbindung mit dem Trockenbereich angeordnet ist, und/oder
wenigstens eine Trockenlampe, wie eine Halogenlampe, die in Lichtverbindung
mit dem Trockenbereich angeordnet ist, beinhalten.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
die Wasch- und Trockenvorgänge
zu automatisieren. Die bevorzugten Lösungen verwenden aus Gründen der Einfachheit
nur einen einzigen Antrieb, obwohl es bei der Verwendung mehrerer
Antriebe keine signifikanten technischen Schwierigkeiten gibt. In
der besten Ausführungsform
sind die Parkposition und die Trockenstation ortsfest bzw. stationär und die
Waschstation ist motorisiert. Das heißt, der Antrieb ist so betreibbar,
daß er
die Waschstation in eine und aus einer Waschposition bewegt, während die
Parkposition und die Trockenstation ortsfest bleiben. Eine Alternative
besteht darin, daß der
Antrieb die Parkposition zwischen der Waschstation und der Trockenstation hin-
und herbewegt.
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Die
Erfindung stellt auch einen Mikroarray-Roboter oder Kolonien aufnehmenden
Roboter bereit, welcher eine Positioniervorrichtung, die so betreibbar
ist, daß sie
einen daran angebrachten Nadelkopf bewegt, um Auftropf- oder Aufnahmevorgänge auszuführen, und
einen Anbringungsmechanismus, um einen Austausch zwischen verschiedenen
Nadelköpfen
durch automatisiertes Ablegen und Aufnehmen zu erlauben, sowie wenigstens
eine automatisierte Wasch- und Trockenstation, die so betreibbar ist,
daß sie
von der Positioniervorrichtung abgelegte Nadelköpfe reinigt, beinhaltet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung und um zu zeigen, wie diese ausgeführt werden kann, wird nun beispielhaft
auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf einen Mikroarray-Roboter gemäß dem Stand
der Technik ist,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Mikroarray-Roboters gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung ist,
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3 eine
vergrößerte Ansicht
von 2 ist, die den Roboter in größerem Detail zeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht einer kombinierten Wasch-/Trockenstation
ist,
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5 eine
perspektivische Schnittansicht eines Endes einer kombinierten Wasch-/Trockenstation mit
einem Nadelkopf darüber
ist,
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6 eine
perspektivische Ansicht eines Waschwagens ist,
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7 den
Waschwagen von 6 mit abgenommener oberer Abdeckplatte
zeigt,
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die 8A–8D seitliche
Schnittansichten der Wasch-/Trockenstation für verschiedene Positionen des
Waschwagens, während
er sich in seine Waschposition bewegt, zeigen, wobei 8A den Waschwagen
in einer Zwischenposition des Antriebs in der Mitte zwischen der
Wasch- und der Trockenposition zeigt, 8B den
Waschwagen, wenn er zu dem am weitesten links liegenden Ende bewegt
wurde und an der Endwand des Hauptrahmens anstößt, zeigt, 8C den
Waschwagen zeigt, wenn er sich nach oben in Richtung der Nadeln
bewegt, und 8D den Waschwagen vollständig angehoben
in der Waschposition zeigt, wobei die Nadeln in die Waschkammer
eingetaucht sind,
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9 eine
Seitenansicht der Kopfarretierungs- bzw. -verriegelungseinheit,
die am Motorantrieb des z-Positionierers angebracht ist, darstellt,
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10 eine
perspektivische Explosionsansicht des Kopfarretierungsmechanismus
der Kopfarretierungseinheit ist,
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11 eine
perspektivische Explosionsansicht der Kopfarretierungseinheit mit
teilweise zusammengesetztem Kopfarretierungsmechanismus von 10 ist,
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12 eine
perspektivische Ansicht eines Nadelkopfs ist, die Teile zeigt, die
verwendet werden, um den Kopf an der Kopfbefestigungseinheit zu
befestigen, und
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13 eine
alternative Wasch-/Trockenstation zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die 2 und 3 sind
perspektivische Ansichten eines Mikroarray-Roboters gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, wobei 3 eine vergrößerte Darstellung von 2 ist.
Der Ro boter beinhaltet eine Hauptauflagefläche 10, die in einem Gehäuse 11 aufgenommen
ist. Zugang zur Hauptauflagefläche 10 wird
durch Türen 32 und 34 bereitgestellt.
Well-Platten 4 werden der Hauptauflagefläche 10 des
Roboters durch einen automatisierten Well-Platten-Beschicker bzw.
eine automatisierte Well-Platten-Zuführung 6 zugeführt, der
bzw. die in der Zeichnung vier Spuren aufweist. Jede Spur besitzt
einen Deckelabnahme-/Deckelauflegemechanismus 31 zum Entfernen
und Ersetzen der Well-Platten-Deckel, während die Well-Platten durchgeleitet
werden. Jede Zuführspur
wird von einer Zuführöffnung versorgt
(hinter der Endplatte des Gehäuses
verborgen), an die eine mit Well-Platten gefüllte Kassette gekoppelt ist.
Jede Zuführöffnung hat einen
Versorgungsmechanismus, der Well-Platten, immer eine nach der anderen,
auf der Zuführspur
ablegt. Hinter jeder der Zuführöffnungen
ist eine Umordnungsöffnung
angeordnet (ebenfalls versteckt), der einen pneumatisch angetriebenen
Hebemechanismus für
das Einsetzen von Well-Platten, die von der Hauptauflagefläche der
Vorrichtung zu einer weiteren Kassette zurückgebracht werden, aufweist.
Bei ihrer Rückkehr
durchlaufen die Well-Platten die Zuführöffnungen, ehe sie die Umordnungsöffnungen
erreichen. Der Kürze
halber wird die mechanische Ausgestaltung der Well-Platten-Zuführung nicht
weiter beschrieben. Für
weitere Einzelheiten wird auf die korrespondierende US-Patentanmeldung
Nr. 10/133,904 verwiesen, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen
ist. Andere Ausführungsformen
können
keine automatisierte Well-Platten-Zuführung verwenden, sondern sind
auf eine manuelle Anordnung der Well-Platten auf der Hauptauflagefläche 10 angewiesen.
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Erste
und zweite automatisierte Wasch- und Trockenstationen 30 sind
links von der Hauptauflagefläche 10 auf
jeder Seite der Well-Platten-Zuführspuren
angeordnet. Jede Wasch- und Trockenstation 30 beinhaltet
eine Parkposition 36, in der ein Nadelkopf 12 abgelegt
werden kann. In der Darstellung ist in den Wasch- und Trockenstationen 30,
die am weitesten von den Zugangstüren 32 und 34 entfernt
liegen, ein Nadelkopf in der Parkposition abgelegt gezeigt, wohingegen
die Wasch- und Trockenstationen 30, die
den Zugangstüren 32 und 34 am
nächsten
liegen, leer gezeigt sind. Ein zweiter Nadelkopf 12 ist
zu sehen, der an der Positioniervorrichtung angebracht ist. Die
Positioniervorrichtung beinhaltet x-, y- und z-Positionierer 14, 16 bzw. 18.
Der z-Positionierer 18 beinhaltet einen Anbringungsmechanismus
in Form einer Kopfarretierungseinheit 15 für das lösbare Verbinden
eines Nadelkopfs 12 mit demselben. Der z-Positionierer 18 wird
von dem y-Positionierer 16 getragen, und der y-Positionierer 16 wird
von dem x-Positionierer 14 getragen, wie es üblich ist.
Der z-Positionierer 18 wird
in der Zeichnung zum großen Teil
durch das Dach des Gehäuses 11 verdeckt.
Auf der Hauptauflagefläche 10 ist
eine Anzahl von Mikroskop-Objektträgern angeordnet, die Auftragsoberflächen 2 bereitstellen,
auf die während
der Mikroarraybearbeitung in den Well-Platten 4 enthaltene
Flüssigkeit
unter Bildung regelmäßiger Raster
von Tropfen aufgetropft werden kann. Es versteht sich, daß irgendeine
geeignete Auftragsoberfläche
bereitgestellt werden kann.
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Im
Betrieb kann der Kopf 12, der von der Arretierungseinheit 15 im
z-Positionierer 18 gehalten wird, zwischen den Well-Platten 4 am
Ende ihrer Zuführspuren
und den Auftragsoberflächen 2 bewegt werden,
um ein Auftropfen auszuführen.
Sobald alle Nadeln des Nadelkopfs benutzt wurden (d.h. verschmutzt
sind), kann der verschmutzte Nadelkopf in der freien bzw. leeren
Parkposition 36 abgelegt werden. Der verschmutzte Nadelkopf
kann dann in der automatisierten Wasch- und Troc kenstation 30 gewaschen
und getrocknet werden. Nach Ablegen des verschmutzten Nadelkopfs
in der freien Parkposition 36 kann der Positionierer sich
bewegen, um den anderen Nadelkopf aus der Parkposition 36 der
anderen Wasch- und Trockenstation 30 aufzunehmen, wobei
dieser Nadelkopf in der anderen Wasch- und Trockenstation 30 gereinigt
wurde. Auf diese Weise wird das Auftropfen nur für die kurze Zeit unterbrochen,
die erforderlich ist, um die Köpfe
auszutauschen, und es muß nicht
auf die Beendigung eines Wasch- und Trockenzyklus gewartet werden,
um mit dem Auftropfen fortfahren zu können.
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Nachdem
der grundlegende Aufbau der Maschine beschrieben wurde, wird nun
die automatisierte Wasch- und Trockenstation 30 ausführlich beschrieben,
gefolgt von einer ausführlichen
Beschreibung des automatisierten Kopfanbringungsmechanismus 15,
der ein Ablegen von Nadelköpfen
in den Parkpositionen und das anschließende Aufnehmen der Nadelköpfe erlaubt.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer der automatisierten Wasch- und
Trockenstationen 30. Die Wasch- und Trockenstation 30 ist
mit einem Nadelkopf 12, der in der Parkposition 36 der
Parkstation 37 liegt, gezeigt. Der Nadelkopf 12 kann
unter Verwendung eines Sperrschuhs 74 mit dem Anbringungsmechanismus 15 des
z-Positionierers verbunden werden, wie in der Zeichnung zu sehen
ist. Direkt unterhalb der Parkstation 37 ist eine Trockenstation 38 angeordnet.
Die Trockenstation 38 ist mit einem Lufteinlaß 48 verbunden,
durch den Luft in die Trockenstation eingeblasen wird, um die Nadeln
des Nadelkopfs 12 nach dem Waschen zu trocknen. Die Wasch-
und Trockenstation 30 ist mit ortsfesten bzw. stationären Parkstationen 37 und
Trockenstationen 38 und einer mobilen Waschstation ausgestaltet.
Die Waschstation beinhaltet einen Wagen 40, der von einem
Gestell 46 getragen wird, welches zwischen einer Waschposition,
in der die Nadeln des Nadelkopfs in Reinigungsflüssigkeit eingetaucht sind,
die in dem Waschwagen 40 enthalten ist, und einer Trockenposition,
in der der Waschwagen 40 und das Gestell 46 von
der Parkstation 37 zurückgezogen
werden, um das Trocknen eines in der Parkstation 37 gehaltenen Nadelkopfs 12 durch
die Trockenstation 38 zu erlauben, verfahren werden kann.
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Das
Gestell 46 für
den Waschwagen 40 kann sich unter Verwendung eines Paars
von Führungsrollen 55,
die tangential in beide Seiten einer Führungsschiene 50 eingreifen,
zwischen den Wasch- und Trockenpositionen hin- und herbewegen. Die
Bewegung des Gestells 46 entlang der Führungsschiene 50 wird
durch einen Elektromotor 52 angetrieben, der über eine
Motorspindel 54, einen Antriebsriemen 56 und eine
Riemenscheibe 58 mit einer Gewindespindel 60 verbunden
ist, die sich in Gewindeeingriff mit einer Gewindespindelmutter 62 befindet.
Die Gewindespindelmutter 62 ist mit einer Platte verbunden,
die an dem Gestell 46 fixiert ist, um die Bewegung der Gewindespindelmutter 62 auf
das Gestell 46 zu übertragen.
Die verschiedenen Teile der Wasch- und Trockenstation 30 sind
in einem Hauptrahmen 44 gehalten, an dem zwei Paare von
Haltebügeln 42 angebracht
sind, die eine Befestigung der Wasch- und Trockenstationen 30 an
der Unterseite der Hauptauflagefläche 10 erlauben.
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5 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines Endes der kombinierten
Wasch- und Trockenstation 30, wobei ein Nadelkopf 12 vertikal
oberhalb der Parkposition 36 gezeigt ist. Der Nadelkopf 12 ist
in demselben Abschnitt ebenfalls gezeigt. Der Sperrschuh 74 und
die Nadeln 72 des Nadelkopfs 12 sind klar zu erkennen.
Es sind verschiedene Teile der Wasch- und Trockenstation 30 zu
sehen, die bereits beschrieben wurden, nämlich die Parkstation 37,
die Parkposition 36, der Hauptrahmen 44, der Haltebügel 42,
das Gestell 46 und der Waschwagen 40. Es ist zu
erkennen, daß der
Waschwagen 40 einen Hauptkörper 68 und eine Abdeckplatte 70 aufweist. Die
Gewindespindel 60 und die Gewindespindelmutter 62 sind
ebenfalls klar zu erkennen. Die Gewindespindel 60 ist in
einem Lager 64, welches in einem Lagergehäuse 66 gehalten
ist, gelagert. Weitere Einzelheiten der Trockenstation sind ebenfalls
zu sehen. Das heißt,
es ist zu erkennen, daß die
Trockenstation eine Kammer 39 beinhaltet, die der Luftkanal
von unten belüftet.
Darüber
hinaus ist eine Anzahl von Halogenbirnen 35 vorgesehen,
die sich über
die gesamte Trockenkammer erstrecken. Die Ausführungsform verwendet drei Halogenbirnen 35,
von denen in der Darstellung eine zu sehen ist. Die Halogenbirnen 35 stellen
eine Lichtquelle zur Verfügung,
um das Trocknen der Nadeln 72 mittels Strahlungsheizung
zu unterstützen.
Die Temperatur der Nadeln kann auf diese Weise auf bis zu 200°C erhöht werden.
Luft aus dem Lufteinlaß wird
dann verwendet, um die Nadeln zu kühlen und sie für die weitere
Verwendung wieder auf Raumtemperatur zu bringen. Ein Beispiel einer
geeigneten Halogenlampe ist eine standardmäßige 300 W-Quarzlampe des Typs
R7, z.B. Osram Haloline 64701 oder Philips Plusline. Bei
einem beispielhaften Trocknungsvorgang wird ein Nadelkopf für eine Zeitdauer
von 4–30
Sekunden beleuchtet, wonach ein Druckluftgebläse eingeschaltet wird, um für eine Zeitdauer
von beispielsweise 5–50
Sekunden Luft durch den Lufteinlaß zu blasen und so das Abkühlen der Nadeln
auf Raumtemperatur zu gestatten.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des Waschwagens 40, in der
sein Hauptkörper 68 und
die obere Abdeckplatte 70 zu sehen sind. Es ist zu erkennen,
daß die
obere Abdeckplatte 70 mit einer Anordnung bzw. einer Reihe
von Nadellöchern 76 perforiert
ist, die zu der Nadelanordnung des Nadelkopfs 12 paßt. Es versteht
sich, daß die
gezeigte Ausführungsform
für einen
Nadelkopf mit 384 Nadeln mit einer Anordnung von 16 × 24 Nadeln 72,
was dem Well-Platten-Standard mit 384 Wells entspricht, gedacht
ist. Es versteht sich, daß durch
einfache Modifizierung auch andere Standards verwendet werden könnten. Jedes
Loch hat einen Durchmesser, der 0,2 mm größer ist als der äußere Nadeldurchmesser,
um ein Hindurchtreten der Nadeln 72 durch die Löcher 76 zu
erlauben. Zusätzlich
zu der Rechteckanordnung von 16 × 24 Nadellöchern 76 ist zu sehen,
daß weiterhin
zwei Reihen von Dummy-Nadeln 80 vorgesehen sind. Diese
Nadeln erstrecken sich ins Innere des Waschwagens 40. Ihr
Zweck wird weiter unten beschrieben. Der Waschwagen 40 weist
vier Rollen 78 auf, die den Wagen 40 an dem Gestell 46 fixieren bzw.
anordnen, wie unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen
beschrieben wird. Der Hauptkörper 68 ist
an einem Ende mit einem Paar von Flüssigkeitseinlässen 82 und
einem Paar von Flüssigkeitsauslässen 84 versehen,
die das Zirkulieren von Wasser oder einer anderen Reinigungsflüssigkeit
durch den Waschwagen 40 sicherstellen. Bei Standardausrüstungen
wird ein standardmäßiger flexibler
Kunststoffschlauch verwendet, um die Einlässe und die Auslässe mit
geeigneten Flüssigkeitszuführungen
und -abläufen
zu verbinden.
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7 zeigt
wieder den Waschwagen, jedoch wurde die obere Abdeckplatte 70 entfernt,
um die innere Konstruktion des Hauptkörpers 68 freizulegen, die
die Zirkulation der Reinigungsflüssig keit
sicherstellt. Wasser, welches durch die Einlässe 82 in den Waschwagen
eingespritzt wurde, füllt
eine Eintrittskammer 83, die durch ein mit Löchern 88 perforiertes Wehr 86 begrenzt
ist. Parallel zu dem Waschwagen verläuft eine Reihe von Kanälen 98,
und zwar einer für
jede Reihe von Nadeln oder Nadellöchern. Die Kanäle 98 werden
durch Trennwände 96,
die über
die gesamte von den Nadellöchern 76 abgedeckte
Länge verlaufen,
definiert bzw. begrenzt. Zwei der Dummy-Nadeln 80 sind
ebenfalls beispielhaft veranschaulicht. Die Dummy-Nadeln 80 erstrecken
sich benachbart zu dem Wehr 86 in die Einlaßenden der Kanäle 98,
so daß,
wenn Wasser durch die Löcher 88 in
die Kanäle
eingespritzt wird, die Dummy-Nadeln 80 eine Wirbelströmung auslösen, ehe
die Reinigungsflüssigkeit
die erste Reihe von Nadeln in dem Nadelkopf erreicht, die während des
Waschens in den Kanälen 98 gehalten
werden. Dies gewährleistet,
daß die
erste Reihe von Nadeln in dem Nadelkopf effizient gereinigt wird.
Sobald das Wasser durch die Kanäle 98 geflossen
ist, erreicht es eine Endkammer 90. Auf jeder Seite der
Endkammer 90 befindet sich ein Abflußloch 92 (nicht zu
sehen), welches ein Ende eines Bohrlochs bildet. Zwei Bohrlöcher erstrecken sich
somit entlang jeder Seite des Hauptkörpers 68 parallel
zu den Kanälen
und enden bzw. treten an den Auslässen 84 aus, womit
der Zirkulationsweg bzw. Umlaufweg der Reinigungsflüssigkeit
vollendet ist. Ebenso wie die Stützrollen 78 des
Wagens zeigt die Figur auch ein Paar von Endrollen 94,
die an dem Ende des Waschwagens 40 angeordnet sind, welches
den Wasserzufühnrerbindungen 82 und 84 gegenüberliegt.
Die Verwendung dieser Endrollen 94 sowie auch der Rollen 78 wird
unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben.
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Die 8A–8D zeigen
seitliche Schnittansichten der Wasch- und Trockenstation 30 in
verschiedenen Positionen des Waschwagens 40, während er
sich in seine Waschposition bewegt. In jeder der Figuren ist der
Nadelkopf 12 als in der Parkposition 36 liegend
gezeigt, wobei sein Sperrschuh 74 aufrecht steht. Die Nadeln 72 des
Nadelkopfs 12 sind ebenfalls gezeigt und weisen nach unten
in Richtung der Trockenkammer 39, die in der Basis der
Wasch- und Trockenstation 30 angeordnet ist.
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8A zeigt
den Waschwagen in einer Zwischenposition des Antriebs in der Mitte
zwischen den Wasch- und Trockenpositionen. Die Gewindespindelmutter 62 ist
somit in der Mitte entlang der Gewindespindel 60 positioniert
und bewegt den Waschwagen 40 in der Figur durch Rollen
der Führungsrollen 55 entlang
der Führungsschiene 50 von
rechts nach links. Während
sich das Gestell 46 von rechts nach links bewegt, bleibt
der Waschwagen 40 in dem Gestell ortsfest, und die Rollen 78 ruhen
auf dem Boden eines Paars von Rampen 102. Eine der Endrollen 94 ist
ebenfalls gezeigt. Die Endrollen 94 nähern sich im Verlauf der Bewegung
einer Endwand 100 des Hauptrahmens 44.
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8B zeigt
den Waschwagen 40, der zu einer Position vorwärtsbewegt
wurde, in der die Endrollen 94 gerade die Endwand 100 des
Hauptrahmens berührt
haben. Von diesem Punkt an führt
eine weitere Betätigung
des Antriebs, um die Gewindespindelmutter 62 und somit
das Gestell 46 weiter in Richtung der Endwand 100 (d.h.
nach links) zu bewegen, dazu, daß die Rollen 78 des
Waschwagens gezwungen werden, sich die Rampen 102 hinaufzubewegen,
und die Endrollen 94 gezwungen werden, an der Endwand 100 vertikal
nach oben zu rollen.
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8C zeigt
den Waschwagen 40, nachdem er durch die Bewegung der Rollen 78 entlang
der Rampen 102 ein Stück
weit nach oben angehoben wurde, während sich das Gestell 46 weiter
in Richtung der Endwand 100 bewegt. An diesem Punkt ist zu
erkennen, daß die
Enden der Nadeln 72 in die Nadellöcher der oberen Abdeckplatte 70 eingeführt wurden.
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8D zeigt
die Endphase der Bewegung, in der sich der Waschwagen 40 auf
seiner maximalen vertikalen Höhe
befindet und die Nadeln 72 nahezu vollständig in
den Waschwagen 40 eingeführt sind. Die Rollen 78 befinden
sich in der Nähe
der Oberkante der Rampen 102, und das Gestell 46 befindet
sich in seiner der Endwand 100 am nächsten liegenden Position.
Es sei angemerkt, daß selbst
bei dieser maximalen Höhe
ein geringfügiger
Abstand zwischen der Bodenfläche
der Parkposition 36 und der oberen Abdeckplatte 70 der
Waschstation verbleibt. Die in 8D veranschaulichte
Position ist die Waschposition.
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Es
versteht sich, daß die
Waschstation unter Verwendung des zu dem beschriebenen Verfahren umgekehrt
ablaufenden Vorgangs von dem Nadelkopf getrennt wird. Das heißt, der
Waschwagen 40 wird durch die Bewegung der Rollen 78 entlang
der Rampen 102 nach unten abgesenkt, was durch die motorbetriebene
Bewegung des Gestells 46 von der Endwand 100 weg
hervorgerufen wird. Sobald die Rollen 78 den Boden der
Rampen 102 erreicht haben, verbleibt der Waschwagen 40 ortsfest
in dem Gestell 46, und das Gestell 46 und der
Wagen 40 bewegen sich zusammen von der Parkposition 36 und der
Trockenkammer 39 weg. Das Gestell 46 und der Waschwagen 40 bewegen
sich weiter nach rechts, als es in 8A gezeigt
ist, und in eine Trockenposition, in der die Endrollen 94 über die
Trockenkammer 39 hinausgehen (d.h. zu deren rechter Seite),
wodurch ein freier Raum zwischen der Trockenkammer 39 und
der Parkposition 36 bereitgestellt wird, so daß ein ungehindertes
Trocknen der Nadeln 72 stattfinden kann.
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Der
Anbringungsmechanismus, der für
den automatisierten Austausch von Nadelköpfen verwendet wird, wird nun
ausführlich
beschrieben.
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9 ist
eine Seitenansicht des Anbringungsmechanismus, der die Form einer
Arretierungseinheit 220 hat, die an dem Motorantrieb des z-Positionierers
angebracht ist und dazu dient, ein Einsetzen und Herausnehmen verschiedener
Nadelköpfe
zu gestatten.
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10 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Kopfarretierungsmechanismus
der Kopfarretierungseinheit 220.
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11 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Kopfarretierungseinheit 220,
wobei der Kopfarretierungsmechanismus von 10 teilweise montiert
ist.
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Die
Kopfarretierungseinheit 220 beinhaltet ein Gehäuse, welches
aus oberen Abdeckplatten 243 und unteren Abdeckplatten
bzw. Bodenplatten 240 und linken Endplatten 242 und
rechten Endplatten 241 besteht. Auch nicht-strukturelle
Seitenplatten 244 sind vorgesehen (in 9 weggelassen,
jedoch in 11 zu erkennen). Die Bodenplatte 240 ist
an ihrer unteren Seite mit Befestigungsstutzen 227 versehen,
um eine Befestigung der Kopfarretierungseinheit in entsprechenden
Löchern
in den Köpfen
zu unterstützen.
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Der
Arretierungsmechanismus wird durch einen pneumatischen Schubkolbenaufbau
angetrieben, welcher einen Entriegelungsantriebskolben 250 und
einen Verriegelungsantriebskolben 260 mit entsprechenden
Zylindern 226 und 266 beinhaltet. Die Zylinder 226 und 266 sind
durch Zapfen 252 (siehe 10), die
in Blöcken 245 (siehe 11)
liegen, welche nach Art einer Haubitze an der Basisplatte 240 befestigt
sind, drehbar montiert.
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Die
Zylinder wirken auf ein Kniegelenk 255, welches durch ein
oberes Verbindungsteil 247 mit einem oberen Los- bzw. Freigelenk 257 verbunden
ist. Das Kniegelenk 255 ist durch ein unteres Verbindungsteil 248 auch
mit einem unteren Festgelenk 256 verbunden. Das Festgelenk 256 ist
mittels eines Befestigungsstifts in den Seitenplatten 46 (von
denen in 10 nur eine gezeigt ist) befestigt.
Das Kniegelenk 255 ist über
jeweilige Anschlußstücke 251 mit Hilfe
eines Befestigungsstifts 253 mit beiden Kolben 250, 260 verbunden.
Durch das Kniegelenk 255 verläuft ein Stift 253,
der in ein Paar von bogenförmigen Schlitzen 223 in
den Seitenplatten 246 paßt und von einem Paar äußerer Spannringe 254 gehalten
wird. Durch das obere Freigelenk 257 verläuft ebenfalls
ein Stift 253, der in ein Paar von vertikalen Schlitzen 225 in
den Seitenplatten 246 paßt und von einem Paar äußerer Spannringe 254 gehalten
wird. Der Stift des oberen Freigelenks montiert auch schwenkbar
einen Verriegelungsarm 222. Der Verriegelungsarm 222 erstreckt
sich schräg
nach unten zu einer nicht gelenkigen Biegung bzw. Krümmung 258 mit
einem Loch, durch welches ein weiterer Stift 253 verläuft, der
von äußeren Spannringen 254 gehalten
wird und in einen L-förmigen
Schlitz 224 in den Seitenplatten 246 paßt. Nach
der nicht gelenkigen Biegung 258 erstreckt sich der Verriegelungsarm 222 vertikal
nach unten und erstreckt sich dann in einem rechten Winkel dazu
weiter unter Bildung einer Verriegelungsstütze, die eine Verriegelung
bzw. einen Riegel 221 trägt.
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Ehe
der Verriegelungsvorgang beschrieben wird, mit dem Köpfe an der
Verriegelungseinheit angebracht und von dieser gelöst werden
können,
werden zunächst
die Verriegelungsteile des Kopfs beschrieben.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht eines Nadelkopfs 12, die Teile
zeigt, die verwendet werden, um den Kopf an der Kopfbefestigungseinheit zu
befestigen. Der Kopf 12 ist über eine Befestigungsplatte 149 an
seiner oberen Seite an dem z-Positionierer befestigt. Die Befestigungsplatte 149 stellt auch
eine Aufnahme für
einen elektrischen Kontaktanschluß 150 zur Verfügung, welcher
zu einem entsprechenden Kontaktanschluß auf dem z-Positionierer paßt. Der
Kontaktanschluß 150 versorgt
den Kopf 12 mit elektrischen Stromzuführungen für das Betätigen von Ventilen zum pneumatischen
Abfeuern der Nadeln sowie mit Kommunikationsdurchführungen für das Bereitstellen
von Kommunikationsleitungen von dem Hauptroboter zu der Logik innerhalb
des Kopfs. Beispielsweise hat jeder Kopf eine eindeutige Kennzeichnung,
so daß der
Roboter den Kopf befragen kann, um Identifikationsdaten zu erhalten
und somit die Identität
des Kopfs zu bestimmen, die beispielsweise dazu verwendet werden
kann, die Ausgangs-Parkposition des Kopfs zu bestimmen. Es wird auch
erwähnt,
daß jede
Parkposition mit einem Mikroschalter versehen ist, um dem Steuerungssystem mitzuteilen,
ob sie besetzt oder frei ist. Auf diese Weise ist das System dagegen
abgesichert, daß ein
Benutzer einen geparkten bzw. abgelegten Kopf manuell für eine Inspektion
entnimmt und ihn an eine andere Parkposition zurücklegt.
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Befestigungslöcher 233 für das Aufnehmen der
Befestigungsstutzen 227 an der Kopfarretierungseinheit 220 sind
zu sehen. Zusätzlich
sind vier Befestigungsstutzen 232 an dem Kopf 12 vor gesehen,
die in entsprechenden Löchern
in der Kopfarretierungseinheit 15 (in den 9–11 nicht
zu sehen) lokalisiert sind. Die Stutzen 232 sind an einer Platte 231 montiert,
an der ein unterer Riegel 74 montiert ist, der eine festgelegte
bzw. fixierte Position hat und so geformt und bemessen ist, daß er mit
dem Riegel 221 der Kopfarretierungseinheit in Eingriff
tritt.
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Der
Verriegelungsmechanismus hat zwei Grundpositionen, nämlich eine
verriegelte Position, in der der Kopf von dem Riegel erfaßt und mit
der Kopfarretierungseinheit 15 in festen Eingriff gebracht wird,
und eine entriegelte Position vor dem Ineingrifftreten. Die 9–11 veranschaulichen
den Mechanismus in der verriegelten Position. Im Hinblick hierauf
wird die Bewegung des Mechanismus von der verriegelten in die entriegelte
Position beschrieben. Dies ist die Bewegung, die ausgeführt würde, wenn ein
Kopf in seine Parkposition zurückgebracht
würde und
von der Kopfarretierungseinheit freigegeben werden sollte, um zu
erlauben, daß der
z-Positionierer mit der Kopfarretierungseinheit weg bewegt wird, um
einen anderen Kopf aufzunehmen.
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Unter
Bezugnahme auf 9 wird der Entriegelungskolben 250 mittels
Druckluft durch eine Zuführleitung
(nicht gezeigt) pneumatisch betätigt,
was das Kniegelenk 255 nach rechts drückt (wie in den Figuren gezeigt),
was den Stift in dem bogenförmigen Schlitz 223 bewegt.
Dies drückt
das obere Freigelenk 257 vertikal nach unten, wobei es
durch den vertikalen Schlitz 225 geführt und begrenzt wird. Zunächst wird
auch die nicht gelenkige Biegung 258 vertikal nach unten
gedrückt,
wobei sie in dem aufrecht stehenden Teil des L-förmigen Schlitzes 224 geführt wird.
Während
dieser Phase der Entriegelung wird der Riegel 221 vertikal
nach unten bewegt, was es ihm erlaubt, sich von dem Riegel 74 des
Kopfs zu lösen
(unter der Annahme, daß sich
der Kopf 12 in seiner Parkposition befindet). Sobald die
Abwärtsbewegung
zu dem Punkt vorangeschritten ist, an dem die nicht gelenkige Biegung 258 des
Verriegelungsarms 222 den Boden bzw. die Basis des L-förmigen Schlitzes
erreicht hat, wird der Verriegelungsarm 222 gezwungen,
sich zu drehen, und zwar aufgrund des Stiftes, der darauf beschränkt ist,
sich in der Basis des L-förmigen
Schlitzes zu bewegen, bis er am Ende des Basisabschnitts des L-förmigen Schlitzes anstößt. Der
Mechanismus befindet sich nun in der entriegelten Position, wobei
das Kniegelenk 255 seine maximale Biegung hat und der Verriegelungsarm 222 seinen
maximalen Drehwinkel von der Vertikalen weg hat, wo er in einen
in der Platte 231 vorgesehenen Raum 261 verschwenkt
ist. An diesem Punkt ist der Verriegelungsarm 222 ausreichend
weggeschwenkt, um zu erlauben, daß die Verriegelungseinheit 15 durch
eine einfache vertikale Bewegung des z-Positionierers von dem Kopf 12 weg
angehoben wird. Nun wird offensichtlich, weshalb die Kolbenaufbauten
schwenkbar montiert sind, nämlich
um sie der Bewegung der Stifte in den Schlitzen 223, 224 und 225 anzupassen.
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Die
Bewegung von der entriegelten in die verriegelte Position verläuft in etwa
in der umgekehrten Reihenfolge. Sie wird ausgelöst durch Betätigen des
Verriegelungskolbens 260, der so auf das Kniegelenk 255 wirkt,
daß er
es gerade richtet. In Bezug auf die Bewegung von der verriegelten
in die entriegelte Position wird die umgekehrte Reihenfolge der Bewegung
der Schlitze ausgeführt,
wobei der Verriegelungsarm 222 gezwungen wird, sich in
dem L-förmigen
Schlitz 224 vertikal nach oben zu bewegen, wenn der Stift
in der nicht gelenkigen Biegung 258 die Ecke des L-förmigen Schlitzes 224 erreicht.
Erwähnenswert
ist die Tatsache, daß in
der Endphase des Geraderichtens beim Bewegen in die verriegelte Position
die Ausgestaltung die Ausübung
einer großen
Klemmkraft erlaubt, wobei der Riegel 74 des Kopfs zwischen
dem Riegel 221 der Verriegelungseinheit und dem Boden des
unteren Verbindungsteils 248 eingeklemmt wird. Dieses Merkmal
gewährleistet
eine überaus
feste bzw. sichere Verriegelung des Kopfs.
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13 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Wasch- und Trockenstation 30. Die Ausgestaltung ist
im wesentlichen dieselbe wie die der Hauptausführungsform, doch ist die Parkstation
nicht länger
ortsfest, sondern mit einem seitlichen Antrieb versehen, um die
Parkstation relativ zu der Trockenstation in einer Richtung im rechten
Winkel zur Fahrtrichtung der Waschstation zu bewegen, wie es in
der Figur durch den Pfeil gezeigt ist. Die Parkstation 37 ist
mit ersten und zweiten Parkpositionen 36 versehen und kann
zwischen zwei Positionen bewegt werden, um einen Nadelkopf, der
in irgendeiner Parkposition geparkt ist, in einer zum Waschen oder Trocknen
bereiten Position anzuordnen. Die Parkstation 37 ist so
montiert, daß sie
relativ zu dem Hauptrahmen 44, der verwendet wird, um die
Trocken- und Waschstationen zu tragen, verfahrbar ist. Der Vorteil dieser
alternativen Ausführungsform
besteht darin, daß der
Roboter anstelle von zwei Wasch- und Trockenstationen nur mit einer
ausgerüstet
werden muß.
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Obwohl
die Hauptausführungsform
ein Verfahren beschreibt, an dem zwei Nadelköpfe beteiligt sind, versteht
es sich, daß auch
drei oder mehr Nadelköpfe
verwendet werden könnten.
Eine geeignete Anzahl von Parkpositionen müßte natürlich bereitgestellt werden,
wobei die Anzahl an Parkpositionen vorzugsweise wenigstens gleich
der Anzahl an Köpfen
ist. Wenn beispielsweise drei Nadelköpfe bereitgestellt würden, könnte der
Roboter mit drei Wasch-/Trockenstationen, einer für jeden
Nadelkopf, mit zwei Wasch-/Trockenstationen oder mit nur einer Wasch-/Trockenstation
für alle
Nadelköpfe
ausgestattet werden.
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Es
versteht sich ebenso, daß alternative Ausgestaltungen
der Waschstation möglich
sind. Die Ausgestaltung der Hauptausführungsform ist nur eine Möglichkeit.
Beispielsweise muß der
Waschvorgang nicht auf Flüssigkeitszirkulationskanälen beruhen,
sondern könnte
auch das direkte Besprühen
der Nadeln mittels Wasserdüsen
beinhalten und/oder er könnte
einen Bürstvorgang
unter Verwendung von Bürsten
beinhalten.
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Für Kolonien
aufnehmende Anwendungen versteht es sich, daß es, ebenso wie die Verwendung mehrerer
Nadelköpfe
für die
Durchführung
des Aufnahmevorgangs möglich
ist, oft auch geeignet sein kann, einen Flüssigkeitshandhabungskopf für das Befüllen von
Well-Platten mit einer Pufferlösung,
einer Mastermischung usw. in Vorbereitung des Aufnahmevorgangs bereitzustellen.
Ein Kopf für
das Gelcoring (die Gelentfernung) oder eine andere Kopfart könnte ebenfalls
vorgesehen werden, falls dies gewünscht sein sollte.