DE60319596T2

DE60319596T2 - Vorrichtung zum entfernen und abscheiden von tropfen mindestens einer flüssigkeit, verfahren zur verwendung der vorrichtung und servosystem für das verfahren

Info

Publication number: DE60319596T2
Application number: DE60319596T
Authority: DE
Inventors: Moussa Hoummady
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: CA2533087A1; WO2005007292A1; EP1648610A1; DE60319596D1; US20070025880A1; AU2003263245A1; ATE387961T1; EP1648610B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Deponieren von Tröpfchen wenigstens einer Flüssigkeit und ein Verfahren zum Einsatz dieser Vorrichtung sowie ein Steuersystem, welches die Steuerung dieses Verfahrens ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere ein Aufnehmen und ein Deponieren von Tröpfchen von Reagenzien und biologischen Lösungen mit einem bestimmten Volumen in der Größenordnung von Nanolitern, mit einer Unsicherheit in der Größenordnung von 10 Pikolitern.
Die Forschungen in der Genomik, Protheomik und auch im Allgemeinen in der Biologie und in der Pharmazie haben zu der Entwicklung von integrierten Analysesystemen (Biochips) geführt, mit einer starken Tendenz zur Erhöhung der Anzahl von Tests pro Einheitsfläche, beispielsweise in der Größenordnung von 1000 bis 10000 pro cm². Dies erfordert die Handhabung und die Abgabe von Tröpfchen mit geringen jedoch kontrollierten Dimensionen an präzisen Orten, um ein Raster hoher Dichte auszubilden, welches den Träger für die Mehrfachtests bildet.
Mehrere existierende Vorrichtungen ermöglichen es, Raster von Tröpfchen von einigen hundert μm Radius zu realisieren, was Volumina von einigen Nanolitern entspricht.
Beispielsweise beschreiben die Dokumente US 5,807,522 und US 6,101,946 Vorrichtungen, welche auf einer metallischen Nadel basieren, deren Spitze nach Art einer Schreibfeder gespalten ist. Das Aufnehmen und das Halten der zu deponierenden Flüssigkeit in dem Spalt erfolgt durch Kapillarität, wobei das Deponieren durch Kontakt mit dem Testträger erfolgt.
Diese Techniken weisen bedeutende Nachteile auf:

– einen Mangel an Gleichmäßigkeit der deponierten Volumina,
– Zerbrechlichkeit und Abnutzung der Nadeln,
– geringe Aufnahmekapazität, was zu häufigen Befüllungen zwingt,
– durch die Form der Spitze bestimmte Form der Tropfen,
– schnelle Verdunstung der Flüssigkeit, was eine erhebliche Variabilität der Konzentration bewirkt, wenn die Flüssigkeit eine Lösung ist, und
– schwierige Reinigung (eine auf Ultraschallwellen basierende Technik, was die Nadel später zerbrechlich macht).

Die folgenden Dokumente veranschaulichen ebenfalls den Stand der Technik:

– Das Dokument WO 99/36760 beschreibt eine Depositionsvorrichtung, welche einen Ring und eine massive Nadel verwendet. Ein Film der zu deponierenden Flüssigkeit wird in dem Inneren des Rings ausgebildet, welcher die Funktion eines Reservoirs aufweist; die Nadel durchdringt dann den Flüssigkeitsfilm und bewirkt ein Deponieren durch Tamponierung; die Nachteile dieses Verfahrens sind dieselben wie diejenigen des zuvor genannten Verfahrens, nämlich eine ungleichmäßige Deposition und eine erhebliche Verdunstung der Flüssigkeit; außerdem weist diese Technik nur sehr geringe Möglichkeiten der Miniaturisierung auf.
– Das Dokument WO 00/13796 beschreibt eine Vorrichtung zum Deponieren durch Kontakt einer Flüssigkeit, welche in einem Reservoir enthalten ist und durch eine Kapillarleitung zu einer Druckspitze gebracht wird; die schnelle Verdunstung der Flüssigkeit wird vermieden, jedoch die Probleme der Abnutzung der Spitze, der ungleichmäßigen Deposition und der schwierigen Abdichtung und Reinigung verbleiben.
– Das Dokument WO 99/04896 beschreibt eine Vorrichtung zum Deponieren durch Kontakt einer Flüssigkeit, welche an einer kegelstumpfartigen Spitze anhaftet, welche unter Umständen ausgekehlt ist, wobei die Spitze mit einer Feder verbunden ist, welche es ermöglicht, den Wert der Kraft festzulegen, die durch die Spitze auf die Depositionsfläche ausgeübt wird; die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind zurückzuführen auf die Verdunstung der Flüssigkeit, die geringe Aufnahmekapazität und die Schwierigkeit, das deponierte Volumen genau zu kontrollieren, wobei der einzige Kontrollparameter die Dauer des Kontakts zwischen der Spitze der Fläche ist;
– Das Dokument US 6,024,925 beschreibt eine auf Mikropipetten basierende Vorrichtung, welche durch Federn gehalten werden und durch Kapillarität befüllt werden; die Abgabe der Flüssigkeit wird erhalten, indem in einer Kammer, mit welcher die Pipetten verbunden sind, ein Überdruck aufgebaut wird.
– Das Dokument US 6,235,473 beschreibt eine Vorrichtung zum filzstiftähnlichen Deponieren, was offensichtlich Probleme einer Verdunstung der Flüssigkeit und einer Ungleichmäßigkeit der Deposition aufweist, sowie eine Vorrichtung, welche ein Nadelventil aufweist, welches sich öffnet, um die Flüssigkeit austreten zu lassen, wenn die Spitze auf die Depositionsfläche gedrückt wird; da allerdings nur die Schwerkraft das Ventil geschlossen hält, muss die Vorrichtung somit in vertikaler Position gehalten werden.

Um den zuvor genannten Nachteilen zu begegnen, schlägt die Erfindung vor, vor dem Deponieren der Flüssigkeit jeglichen Kontakt mit der Umgebungsluft zu vermeiden, indem eine Vorrichtung realisiert wird, welche sich verschließen kann, und welche den Benutzer vorteilhafterweise in Form einer vorbefüllten Patrone bereitgestellt werden kann.
Vorteilhafterweise ermöglicht eine solche Vorrichtung eine Regelung der Menge der aufgenommenen oder deponierten Flüssigkeit mit einer Präzision, welche geringer als Nanoliter ist. Wenn mehrere dieser Vorrichtungen in einem einzigen Aufnahme- und Depositionskopf vereinigt sind, kann vorteilhafterweise jede dieser Vorrichtungen individuell gesteuert werden.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist genauer eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Deponieren von Tröpfchen wenigstens einer Flüssigkeit, umfassend:

– ein Außenrohr, welches an einem seiner Enden eine Öffnung besitzt;
– eine Öffnung mit Kapillarabmessungen in der Wand des Außenrohrs, welche es ermöglicht, in dem Inneren des Außenrohrs einen Druck zu halten, welcher gleich dem atmosphärischen Druck ist;
– einen Rand, welcher die Öffnung begrenzt;
– einen Stift, welcher frei zum Gleiten im Inneren des Außenrohrs ist;
– ein Innenvolumen, welches zwischen dem Stift und dem Außenrohr enthalten ist;
– ein Verschlusselement für die Öffnung, welches mit dem Stift verbunden ist, wobei, wenn der Stift sich in einer extrem vorgeschobenen Position befindet, das Verschluss element an der Kante anliegt und so die Öffnung hermetisch verschließt, und, wenn der Stift außerhalb dieser extremen Position ist, ein Durchgang mit Kapillarabmessungen das Innenvolumen in Verbindung mit der Außenseite setzt.

Vorzugsweise wird das Verschlusselement durch ein Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft in der vorgeschobenen Position gehalten.
Vorteilhafterweise variiert der Querschnitt des Durchgangs kontinuierlich als Funktion der relativen Position des Stifts im Verhältnis zu dem Außenrohr zwischen Null und einem maximalen Wert, welcher erreicht wird, wenn der Stift sich in der vollständig zurückgezogenen Position befindet.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen:

– ist der maximale Querschnitt des Durchgangs in der Größenordnung von 10^–8 m² ^, mit einer Unsicherheit von etwa 1%, so dass das Volumen der deponierten Tröpfchen im Bereich eines Nanoliters mit einer Unsicherheit in der Größenordnung von 10 Pikolitern ist;
– ist das Verschlusselement eine Spitze, vorzugsweise konisch, oder eine Kugel,
– ist das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft ausgewählt zwischen einer Feder, einem elastischen Träger, einer elastischen Membran, einem Block aus elastomerem Material;
– verbindet das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft das der Öffnung entgegen gesetzte Ende des Stifts mit dem Außenrohr oder mit einem zweiten Stift, welcher kolinear zu dem ersten ist;
– ist das Verschlusselement an dem Stift befestigt;
– verbindet das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft das Verschlusselement mit dem Ende des Stifts auf der Seite der Öffnung.

Gemäß vorteilhaften Eigenschaften:

– umfasst die Vorrichtung außerdem einen Positionssensor, welcher die Messung der Position des Stifts im Inneren des Außenrohrs ermöglicht;
– umfasst die Vorrichtung außerdem einen Aktuator, welcher die Regelung der Position des Stifts im Inneren des Außenrohrs ermöglicht;
– sind der Sensor und der Aktuator gebildet durch eine Zylinderspule und wenigstens einen Abschnitt des Stifts, welcher aus einem Material gebildet ist, das eine relative magnetische Permeabilität μ_r von deutlich größer als 1 aufweist;
– ist die Vorrichtung wenigstens teilweise gebildet aus einem Material, welches ausgewählt ist aus einem Edelstahl, einem Glas, einem Kunststoffmaterial und einem Polymer;
– kann die Vorrichtung Schutzbeschichtungen auf wenigstens einem Abschnitt von Oberflächen umfassen, welche in Kontakt mit der wenigstens einen aufzunehmenden oder zu deponierenden Flüssigkeit kommen können;
– kann die Vorrichtung hydrophobe oder hydrophile Beschichtungen auf wenigstens einem Abschnitt von Oberflächen umfassen, welche in Kontakt mit der wenigstens einen aufzunehmenden oder zu deponierenden Flüssigkeit kommen können;
– ist vorzugsweise wenigstens eine der Beschichtungen gebildet durch ein hydrophiles Material, wie zum Beispiel Wolfram;
– ist die Öffnung mit Kapillarabmessungen ausreichend klein, um zu verhindern, dass eine zum Aufnehmen oder zum Deponieren geeignete Flüssigkeit hindurchgeht, und kann verstopft sein, um das Innenvolumen von der Umgebung zu isolieren;
– kann die Vorrichtung mit einem Behälter verbunden sein, welcher ein Inertgas enthält;
– ist der Druck des Inertgases regelbar, so dass ein durch einen pneumatischen Effekt unterstütztes Aufnehmen und Deponieren von Flüssigkeit bewerkstelligt werden kann;
– ist die Vorrichtung an einem Translationssystem befestigt, welches es ermöglicht, sie mit einer Mikrometerpräzision in drei Dimensionen zu verlagern, wobei das Translationssystem durch einen Rechner gesteuert sein kann.

Vorteilhafterweise bildet die Vorrichtung eine mit einer Flüssigkeit vorbefüllte Patrone.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Aufnahme- und Depositionskopf, welcher gebildet ist durch mehrere der genannten Vorrichtungen, um zu ermöglichen, ein Raster von Tröpfchen wenigstens einer Flüssigkeit zu deponieren.
Vorteilhafterweise kann die Menge der Flüssigkeit, welche durch jede zu dem Aufnahme- und Depositionskopf gehörende Vorrichtung aufgenommen oder deponiert wird, individuell gesteuert werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit welches die zuvor genannte Vorrichtung einsetzt und wenigstens die folgenden Schritte umfasst:

– Eintauchen der Vorrichtung in einen die Flüssigkeit enthaltenden Behälter;
– Zurückziehen des Verschlusselements, um den Durchgang zu öffnen, und Füllen des Innenvolumens durch Wirkung des hydrostatischen Drucks und der Kapillarität; und
– Herausziehen der Vorrichtung und Vorschieben des Verschlusselements, um den Durchgang zu verschließen.

Vorteilhafterweise wird das Zurückziehen des Verschlusselements hervorgerufen durch den Druck, welcher durch das Verschlusselement auf den Boden des Behälters ausgeübt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Zurückziehen des Verschlusselements hervorgerufen durch den Aktuator.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit, welches die zuvor genannte Vorrichtung einsetzt und wenigstens die folgenden Schritte umfasst:

– Annähern der Öffnung an dem Ende der Vorrichtung an die Oberfläche der aufzunehmenden Flüssigkeit;
– Zurückziehen des Verschlusselements durch den Aktuator, um den Durchgang zu öffnen, und Füllen des Innenvolumens nur durch Wirkung von Kapillarkräften.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für den Fall, dass die Flüssigkeit in einem Microwell enthalten ist.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren zum Aufnehmen die Menge der aufgenommenen Flüssigkeit gesteuert, indem die Position des Stifts im Inneren des Außenrohrs und folglich der Querschnitt des Durchgangs geregelt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Deponieren durch Kontakt wenigstens einer Flüssigkeit, welches eine zuvor beschriebene Vorrichtung einsetzt und wenigstens die folgenden Schritte umfasst:

– Positionieren der Vorrichtung in der Vertikalen des Punkts der Depositionsfläche, wo das Deponieren bewerkstelligt werden soll;
– Bringen des Verschlusselements in Kontakt mit der Depositionsfläche und Öffnen des Durchgangs durch Wirkung des Drucks, welcher durch das Verschlusselement auf die Kontaktfläche ausgeübt wird;
– Deponieren einer kontrollierten Menge der Flüssigkeit durch die kombinierte Wirkung von Adhäsionskräften der Flüssigkeit an der Depositionsfläche, der Kapillarität und der Schwerkraft; und
– Anheben der Vorrichtung und Vorschieben des Verschlusselements, um den Durchgang zu verschließen.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum kontaktlosen Deponieren wenigstens einer Flüssigkeit, welches die oben definierte Vorrichtung einsetzt und wenigstens die folgenden Schritte umfasst:

– Positionieren der Vorrichtung in der Vertikalen des Punkts der Depositionsfläche, wo das Deponieren bewerkstelligt werden soll;
– Zurückziehen des Verschlusselements durch Wirkung des Aktuators, was das Öffnen des Durchgangs hervorruft; und
– Vorschieben des Verschlusselements, um den Durchgang zu verschließen, und Deponieren eines Tröpfchens der Flüssigkeit durch die kombinierte Wirkung der Schwerkraft und des Kolbeneffekts, welcher durch das Vorschieben des Verschlusselements induziert wird.

Vorteilhafterweise wird bei diesem Verfahren zum Deponieren die Menge der deponierten Flüssigkeit kontrolliert, indem die Position des Stifts im Inneren des Außenrohrs und folglich der Querschnitt des Durchgangs geregelt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung einer solchen Vorrichtung, welches die Injektion einer Reinigungsflüssigkeit unter Druck durch die Öffnung in das Innere der Vorrichtung umfasst, wobei der Abtransport der Reinigungsflüssigkeit durch Absaugen über den Durchgang erfolgt, welcher offen gehalten wird, indem das Verschlusselement zurückgezogen wird.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Steuerverfahren zum Regeln der aufgenommenen oder deponierten Flüssigkeitsmenge, bei welchem das Translationssystem das Verschlusselement mit einer konstanten Kraft, welche möglicherweise Null sein kann, gegen den Boden oder die Depositionsfläche drückt, und bei welchem:

– die relative Position des Stifts im Verhältnis zu dem Außenrohr durch den Sensor bestimmt wird;
– die relative Position mit ihrem Zielwert verglichen wird, welcher berechnet ist in Abhängigkeit von der Menge der Flüssigkeit, die aufgenommen oder deponiert werden soll;
– der Aktuator einwirkt, um die relative Position an den Zielwert anzunähern.

Gemäß einer Variante des Steuerverfahrens zum Regeln der aufgenommenen oder deponierten Flüssigkeitsmenge drückt das Translationssystem das Verschlusselement mit einer variablen Kraft gegen den Boden oder die Depositionsfläche.
Weitere Eigenschaften, Details und Vorteile der Erfindung werden hervortreten beim Lesen der mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegebenen Beschreibung, welche beispielhaft angegeben sind und welche jeweils darstellen:
die 1A eine Schnittansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Aufnehmen und Deponieren gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 1B eine Vergrößerung des Nahbereichs des offenen Endes der zuvor genannten Vorrichtung;
die 2A, 2B und 2B drei Varianten der Vorrichtung gemäß der 1A;
die 2D einen Aufnahme- und Depositionskopf, welcher durch mehrere dieser Vorrichtungen gebildet ist;
die 3A–3C die drei Schritte eines Verfahrens zum Einsatz der Vorrichtung zum Aufnehmen einer bestimmten Menge einer Flüssigkeit;
die 4A–4C die Schritte einer Variante des Verfahrens zum Aufnehmen, welches für den Fall angepasst ist, dass die Flüssigkeit in einem Microwell enthalten ist;
die 5A–5C die Schritte eines Verfahrens zum Einsatz der Vorrichtung zum Deponieren einer bestimmten Menge einer Flüssigkeit auf einer Depositionsfläche, welches umfasst, die Vorrichtung mit der Depositionsfläche in Kontakt zu bringen;
die 6 eine Variante des Verfahrens zum Deponieren, welche ohne Kontakt bewerkstelligt wird;
die 7 die Reinigung der Vorrichtung gesehen im longitudinalen Schnitt, was ermöglicht, die Kontamination zwischen verschiedenen durch dieselbe Vorrichtung aufgenommenen und/oder deponierten Flüssigkeiten zu vermeiden;
die 8 einen Steuerungsalgorithmus eines Steuersystems zum Kontrollieren der durch die in den 3A–3C, 4A–4C, 5A–5C und 6 dargestellten Verfahren aufgenommene oder deponierte Flüssigkeitsmenge; und
die 9 einen Steuerungsalgorithmus für ein Steuersystem zum Kontrollieren der durch die in den 3A–3C und 5A–5C dargestellten Verfahren aufgenommenen oder deponierten Flüssigkeitsmenge.
Die 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Aufnehmen und zum Deponieren von Tröpfchen wenigstens einer Flüssigkeit, welche ein durch einen zylindrischen Körper 103 gebildetes Außenrohr 101 und einen Endabschnitt 105, welcher sich fortschreitend verengt, umfasst.
Das Ende des Endabschnitts 105 trägt eine Öffnung 107, welche durch einen lippenförmigen Rand 109 begrenzt ist. Im Inneren des Außenrohrs 101 befindet sich, frei zum Gleiten, ein zylindrischer Stift 111, welcher eine konische Spitze 113 trägt. Da der Durchmesser der Basis der konischen Spitze 113 größer ist als derjenige der Öffnung 107, bleibt der zylindrische Stift 111 im Inneren des Außenrohrs 101 blockiert.
Wenn der Stift 111 sich in einer vollständig vorgeschoben genannten extremen Position befindet, liegt die konische Spitze 113 an dem Rand 109 an und verschließt somit die Öffnung 107 hermetisch; andernfalls bringt ein Durchgang 115 mit mikroskopischen Abmessungen das Innenvolumen 117, welches zwischen dem Stift 111 und dem Außenrohr 101 enthalten ist, in Verbindung mit der Außenseite. Der Querschnitt des Durchgangs 115 variiert kontinuierlich in Abhängigkeit von der relativen Position Z des Stifts 111 im Verhältnis zu dem Außenrohr 101 zwischen Null und einem maximalen Wert, welcher erreicht wird, wenn der Stift 111 sich in der zweiten extremen Position befindet, welche als vollständig zurückgezogen bezeichnet wird. Da die Spitze 113 eine konische Form aufweist, hat der Querschnitt des Durchgangs 115 genauer eine quadratische Abhängigkeit von Z.
Der maximale Wert des deponierten Volumens ist vorteilhafterweise in der Größenordnung von einem Nanoliter, mit einer Unsicherheit in der Größenordnung von zehn Pikolitern. Um dieses Resultat zu erreichen, erreicht der Querschnitt des Durchgangs 115 einen maximalen Wert in der Größenordnung von 10^–8 m² mit einer Unsicherheit in der Größenordnung von 1%.
Unabhängig von der Position des Stifts 111 wird das Innenvolumen 117 mit der Außenseite in Verbindung gehalten über eine Öffnung 119 mit Kapillarabmessungen, welche in dem Außenrohr 101 an einer von dem Endabschnitt 105 entfernten Position geöffnet ist, deren Funktion ist, den Druck im Inneren und auf der Außenseite des Rohrs 101 auszugleichen.
Das der Spitze 113 entgegengesetzte Ende des Stifts 111 ist befestigt an einem Zylinder 121 aus einem magnetischen Material (d. h. mit einer relativen magnetischen Permeabilität μ_r wesentlich größer als 1) mit höherem Durchmesser, welcher den Stift 111 verbindet mit einem Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft, wie zum Beispiel die Feder 123, welches den Stift 111 in seiner am weitesten vorgeschobenen Position hält.
Um das Außenrohr 101, in Entsprechung zu dem Zylinder 121, ist ein Draht 125 aufgerollt, so dass er eine Zylinderspule 127 bildet; wenn der Stift 111 in seiner vollständig vorgeschobenen Position ist, befindet sich der Zylinder 121 teilweise im Inneren der Zylinderspule 127; wenn der Stift 111 in seiner vollständig zurückgezogenen Position ist, befindet sich der Zylinder 121 vollständig im Inneren der Zylinderspule 127. Da der Zylinder 121 wenigstens teilweise aus einem magnetischen Material gebildet ist, hängt die Induktivität der Zylinderspule 127 von der relativen Position Z des Stifts 111 im Verhältnis zu dem Außenrohr 101 ab; die Zylinderspule 127 dient somit als Positionssensor. Die Messung der Induktivität kann erfolgen durch eines der Verfahren, welche dem in der Elektronik oder der Elektrotechnik bewanderten Fachmann bekannt sind.
Ein elektrischer Strom, welcher in der Zylinderspule 127 fließt, ruft ein Magnetfeld hervor, welches eine Anziehungskraft auf den Zylinder 121 ausübt. Die Zylinderspule 127 arbeitet somit als Aktuator, welcher auf die relative Position Z des Stifts 111 im Verhältnis zu dem Außenrohr 101 einwirkt.
Die Positionierung der Vorrichtung 100 wird mit einer Mikrometerpräzision bewerkstelligt durch ein x-y-z- Translationssystem 129, an welchem das Außenrohr 101 befestigt ist.
Die Vorgänge eines Aufnehmens und eines Deponierens wenigstens einer Flüssigkeit sind gesteuert durch einen Rechner 131, welcher auf das Translationssystem 129 und auf die Zylinderspule 127 einwirkt.
Die 2A zeigt ein Detail einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung 200 sind in dem Inneren eines Außenrohrs 101 zwei kolineare Stifte 211 und 212 vorhanden. Der Stift 211, welcher relativ kurz ist, trägt eine konische Spitze 113 und kann in dem Inneren des Außenrohrs 101 gleiten, während der Stift 212 fest ist. Eine Feder 123 verbindet die zwei Stifte 211 und 212 und hält den Stift 211 in seiner am weitesten vorgeschobenen Position. Wie bei dem Fall der 1 liegt die konische Spitze 113 an einem Rand 109 an und verschließt somit hermetisch eine Öffnung 107.
Bei der besonderen Ausführungsform, welche durch die 2B dargestellt ist, sind der kurze Stift 211 und die Spitze 113 durch eine Kugel 213 ersetzt. Die Kugel 213 ist über die Feder 123 mit dem Stift 221 verbunden. Um das Zurückziehen der Kugel 213 zu erleichtern, kann die Depositionsfläche 215 an den Orten, wo die Tropfen deponiert werden sollen, Vorsprünge 217 aufweisen.
Die Öffnung 119 bildet den einzigen Verbindungspunkt zwischen der in den Vorrichtungen 100 und 200 enthaltenen Flüssigkeit und der Umgebungsluft. Wenn dies vermieden werden soll, beispielsweise um die Oxidation der Flüssigkeit zu vermeiden, ist es möglich, die Öffnung 119 mit einem Behälter 219 zu verbinden, welcher ein Inertgas enthält, zum Beispiel Argon, das auf dem Druck von einer Atmosphäre gehalten wird, wie es durch die 2C veranschaulicht ist. Die Steuerung des Drucks des Gases in dem Behälter 219 ermöglicht außerdem, einen pneumatischen Effekt auszunutzen, um das Aufnehmen und das Deponieren der Flüssigkeit zu unterstützen.
Ein Aufnahme- und Depositionskopf 225, welcher gebildet ist durch eine Matrix von Vorrichtungen 100 des in der 1A dargestellten Typs, welche an einem Träger 227 befestigt sind, ist durch die 2D dargestellt. Ein solcher Verbundkopf ermöglicht das gleichzeitige Deponieren eines Rasters von Tröpfchen, wie zum Beispiel diejenigen, welche durch die 11A und 11B abgebildet sind. Dank des Aktuators 127 kann die durch jede zu dem Kopf 225 gehörende Vorrichtung deponierte Flüssigkeitsmenge individuell gesteuert werden.
Die 3A–3C zeigen verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Aufnehmen und zum Deponieren von Tröpfchen von Flüssigkeiten, welches die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt.
Die Vorrichtung 100 wird eingeführt (3A) in einen Behälter 31, welcher die aufzunehmende Flüssigkeit 32 enthält. Da die Spitze 113 des Stifts 111 die Öffnung 107 des Außenrohrs 101 hermetisch verschließt, kann die Flüssigkeit 32 nicht in das Innere der Vorrichtung 100 eindringen.
Die Spitze 113 gelangt in Anlehnung (3B) an den Boden 33 des Behälters 31 und zieht sich im Verhältnis zu dem Außenrohr 101 zurück, was den Durchgang 115 öffnet, welcher das Innenvolumen 117 in Verbindung mit dem Behälter 31 bringt. Eines der in den 8 und 9 beschriebenen Steuersysteme ermöglicht, den Öffnungsgrad des Durchgangs 115 zu regeln. Die kombinierte Wirkung des hydrostatischen Drucks (Prinzip der kommunizierenden Röhren) und der Kapillarität zwingen die Flüssigkeit 32, durch den Durchgang 115 in das Innenvolumen 117 einzudringen. Die Öffnung 119 lässt die in dem Innenvolumen 117 enthaltene Luft austreten, welches sich folglich mit der Flüssigkeit 32 füllen kann. Die Steuerung des Öffnungsgrads des Durchgangs 115 und der Öffnungszeiten ermöglicht, die Vorrichtung mit einer vorbestimmten Menge der Flüssigkeit 32 zu befüllen.
Wenn die vorbestimmte Menge der Flüssigkeit 32 aufgenommen wurde (3C), wird die Vorrichtung 100 aus dem Behälter 31 zurückgezogen. Die Spitze 113 verschließt den Durchgang 115 wieder, um die Flüssigkeit 32 am Austreten zu hindern.
Die 4A–4C veranschaulichen verschiedene Schritte einer Variante des Verfahrens zum Aufnehmen, welches für den Fall angepasst ist, dass die Flüssigkeit in einem Microwell enthalten ist.
Unter Bezugnahme auf die 4A wird die Vorrichtung 100 an die Oberfläche 41 einer Flüssigkeit 32 angenähert, welche in einem Microwell 43 enthalten ist, bis die Spitze 113 des Stifts 111 in Kontakt mit der Oberfläche 41 kommt. Die Flüssigkeit 32 haftet an der Spitze 113 an und bildet einen konkaven Meniskus 45.
Gemäß der 4B wird ein elektrischer Strom in die Zylinderspule 127 eingespeist, so dass ein Magnetfeld H erzeugt wird, um die Spitze 113 anzuheben und somit den Durchgang 115 zu öffnen. Das Ansaugen der Flüssigkeit erfolgt ausschließlich durch Kapillarität; hierfür ist nötig, dass die innere Oberfläche der Vorrichtung im Verhältnis zu derjenigen des Microwells 37 ausreichend hydrophil ist.
Die 4C zeigt, dass, wenn die gesamte in dem Microwell 43 enthaltene Flüssigkeit 32 aufgenommen wurde, die Vorrichtung 100 angehoben wird und die Spitze 113 den Durchgang 115 wieder verschließt, um die Flüssigkeit 32 am Austreten zu hindern.
Die 5A–5C zeigen verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Deponieren einer bestimmten Menge einer Flüssigkeit auf einer Depositionsfläche, welches umfasst, die Vorrichtung mit der Depositionsfläche in Kontakt zu bringen.
Unter Bezugnahme auf die 5A wird die Vorrichtung 100 über der Depositionsfläche 51 positioniert, in der der Vertikalen des Punkts, wo eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit 32 deponiert werden soll.
Die 5B zeigt die Vorrichtung 100 im abgesenkten Zustand. Wenn die Spitze 113 die Depositionsfläche 51 berührt, öffnet sich wie bei der Aufnahmephase (3B) der Durchgang 115. Die kombinierte Wirkung von Kapillarkräften, von Adhäsionskräften der Flüssigkeit 32 an der Depositionsfläche 51 und der Schwerkraft ermöglichen das Deponieren einer vorbestimmten Menge 53 der Flüssigkeit 32 auf der Depositionsfläche 51. Das Volumen der vorbestimmten Menge 53 kann kontrolliert werden, indem der Öffnungsgrad des Durchgangs 51 geregelt wird. Die Öffnung 119 lässt in das Innenvolumen 117 Luft eindringen, um im Inneren der Vorrichtung 100 einen konstanten Druck zu halten.
In der 5C wird, sobald die vorbestimmte Menge 53 der Flüssigkeit 32 deponiert ist, die Vorrichtung 100 von der Depositionsfläche 51 entfernt. Die Spitze 113 verschließt den Durchgang dann wieder, um die Flüssigkeit 32 am Austreten zu hindern.
Das Verfahren zum Deponieren kann mehrere Male wiederholt werden, solange die Menge der Flüssigkeit 32, welche in dem Innenvolumen 117 enthalten ist, nicht aufgebraucht ist.
Die 6 zeigt eine Variante des Verfahrens zum Deponieren, welche bewerkstelligt wird, ohne die Spitze 113 mit der Depositionsfläche 51 in Kontakt zu bringen. Dies kann sehr nützlich sein, insbesondere in dem Fall, wenn vermieden werden soll, die Spitze 113 mit einer bereits auf der Depositionsfläche 51 vorhandenen Flüssigkeit zu kontaminieren. Die Vorrichtung 100 wird über der Depositionsfläche 51 positioniert, in der Vertikalen des Punkts, wo eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit 32 deponiert werden soll, wie es in der 5A dargestellt ist.
Ein elektrischer Strompuls I(t) wird dann in die Zylinderspule 127 eingespeist, so dass ein Magnetfeld H(t) erzeugt wird, um vorübergehend die Spitze 113 anzuheben und somit den Durchgang 115 zu öffnen. Die kombinierte Wirkung der Schwerkraft und des durch die Rückkehr des Stifts 111 in seine vollständig vorgeschobene Ruheposition hervorgerufenen Kolbeneffekts ermöglicht die Abscheidung eines Tropfens 61, dessen Volumen von der Oberflächenspannung und der Dichte der Flüssigkeit 230, der Benetzbarkeit der Oberfläche des Stifts 111, der Spitze 113 und des Rohrs 101, der Form der Spitze 113 und dem Öffnungsgrad des Durchgangs 115 abhängt. Die Kon trolle des letzteren Parameters ermöglicht, eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit 32 zu deponieren.
Die 7 veranschaulicht das Verfahren zum Reinigen der Vorrichtung 100. Nach dem Deponieren einer Flüssigkeit 32 ist eine Reinigung der Innenfläche des Rohrs 101, der Außenfläche des Stifts 111 und der Spitze 113 allgemein erforderlich, bevor eine andere Flüssigkeit aufgenommen werden kann, damit jegliche Kontamination vermieden wird. Die Reinigung wird bewerkstelligt, indem eine Reinigungsflüssigkeit unter Druck 71, wie zum Beispiel entionisiertes Wasser oder ein geeignetes Lösungsmittel, durch die Öffnung 119 injiziert wird. Der Abtransport der Reinigungsflüssigkeit 71 erfolgt durch Ansaugen über den Durchgang 115, welcher durch Kontakt der Spitze 106 mit einer Oberfläche 73 offen gehalten wird.
Die 8 zeigt in Form eines Organigramms ein Beispiel eines Steuersystems, welches es ermöglicht, den Öffnungsgrad des Durchgangs 115 während des Aufnehmens und des Deponierens der Flüssigkeit 32 zu kontrollieren. Für eine bessere Klarheit ist auch ein Teil der Vorrichtung 100 in der Figur dargestellt. Dieses Steuersystem eignet sich insbesondere, wenn das Translationssystem 129 ermöglicht, die Spitze 113 mit einer konstanten Kraft F, welche in dem Fall des in den 4A–4C dargestellten Verfahrens zum Aufnehmen und des in der 6 dargestellten Verfahrens zum Deponieren ohne Kontakt evtl. Null sein kann, gegen den Boden 33 oder die Depositionsfläche 51 zu drücken. Die relative Position Z_e des Stifts 111 im Verhältnis zu dem Außenrohr 101 wird bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen der Kraft F und der elastischen Kraft, welche durch die Feder 123 und das durch die Zylinderspule 127 erzeugte Magnetfeld gemeinsam auf den Stift 111 ausgeübt wird: F = kZe = [kr + km(I)]Ze,wobei k_r und k_m(I) die elastischen Konstanten der Feder 123 und der Magnetkraft sind, wobei die letztere eine Funktion des Stroms I ist, welcher durch die Zylinderspule 127 fließt.
Da die Kraft F und die elastische Konstante k_r nicht modifiziert werden können, ist der Strom der I der Parameter, welcher es ermöglicht, die aufgenommene oder deponierte Menge der Flüssigkeit 32 über die Steuerung des Öffnungsgrads des Durchgangs 115 zu regeln.
Bei dem Schritt 81 wird der Wert Z_e durch eine Messung der Induktivität L der Zylinderspule 127 bestimmt. Bei dem Schritt 83 wird Z_e verglichen mit dem Zielwert Z_c, welcher dem gewünschten Öffnungsgrad des Durchgangs 115 entspricht.
Bei dem Schritt 85 wird der Strom I modifiziert, um den Strom I zu vergrößern oder zu verkleinern, was über k_m(I) die Position Z_e modifiziert.
Unter Bezugnahme auf die 9 ist ein zweites Steuersystem ebenfalls in Form eines Organigramms dargestellt. Dieses System ermöglicht, den Öffnungsgrad des Durchgangs 115 während des Aufnehmens und des Deponierens der Flüssigkeit 32 zu kontrollieren.
Wie bei dem durch die 8 veranschaulichten Fall ist ein Teil der Vorrichtung 100 ebenfalls in der Figur dargestellt. Dieses Steuersystem eignet sich insbesondere, wenn das Translationssystem 129 ermöglicht, die Spitze 113 mit einer regelbaren Kraft F gegen den Boden 33 oder die Depositionsfläche 51 zu drücken. Wie bei dem vorhergehenden Fall ist die relative Position Z_e des Stifts 111 im Verhältnis zu dem Außenrohr 101 bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen der Kraft F und der auf den Stift 111 ausgeübten elastischen Kraft: F = kZe.
Da jedoch die Kraft F regelbar ist, kann sie direkt genutzt werden, um den Öffnungsgrad des Durchgangs 115 zu kontrollieren. In diesem Fall wird die Zylinderspule 127 lediglich als Sensor genutzt, und nicht als Aktuator. Dieses Steuersystem eignet sich nicht für die in den 4A–4C und 6 dargestellten Verfahren.
Bei dem Schritt 91 wird der Wert Z_e durch eine Messung der Induktivität L der Zylinderspule 127 bestimmt.
Bei dem Schritt 93 wird Z_e verglichen mit dem Zielwert Z_c, welcher dem gewünschten Öffnungsgrad des Durchgangs 115 entspricht.
Bei dem Schritt 95 wird die regelbare Kraft F modifiziert, um Z_e an Z_c anzunähern.
Es ist selbstverständlich, dass die beschriebenen und dargestellten Beispiele lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung des Gegenstands der Erfindung angegeben sind, für welchen sie in keiner Weise eine Einschränkung darstellen.
Folglich sind eine Vielzahl von Modifikationen der besonderen Ausführungsformen der in den 1A, 1B, 2A, 2B, 2C dargestellten Vorrichtungen möglich, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie zum Beispiel:

– der Endabschnitt kann sich fortschreitend verengen oder kann alternativ nicht vorhanden sein;
– die Spitze kann nicht konisch sein, sondern zum Beispiel pyramidenförmig, kegelstumpfförmig, ellipsoidförmig usw.; sie kann auch Rillen oder Einkerbungen aufweisen;
– die Kugel kann direkt an dem Stift anliegen, ohne die Zwischenfügung der Feder; in diesem Fall verbindet die Feder vorteilhafterweise den Stift mit dem Rohr;
– da die Benetzbarkeitseigenschaften der Innenfläche des Rohrs, der Stifte und der Spitze eine wichtige Rolle bei dem Aufnehmen und dem Deponieren der Flüssigkeit spielen, können hydrophile oder hydrophobe Beschichtungen vorgesehen sein: insbesondere können die Oberflächen eine Beschichtung aus einem hydrophilen Material umfassen, wie zum Beispiel Wolfram;
– die Oberflächen können auch Schutzbeschichtungen aufweisen;
– mehrere Materialien können genutzt werden für die Realisierung der Vorrichtungen, insbesondere Edelstahl, Kunststoffmaterialien oder Glas;
– die Zylinderspule kann ersetzt werden durch jegliche Art von elektromagnetischen, elektrischen, optischen oder mechanischen Sensoren und Aktuatoren: zum Beispiel ist es möglich, als Sensoren kapazitive Sensoren, Dehnungsmessstreifen, piezoelektrische oder potentiometrische Sensoren, Fotozellen usw., und als Aktuatoren Elektromotoren, pneumatische, piezoelektrische oder thermische Aktuatoren usw. zu verwenden; in einem solchen Fall ist es nicht notwendig, dass der Zylinder oder der Stift aus einem magnetischen Material gebildet sind;
– die Vorrichtungen können auch ohne jeglichen Sensor oder Aktuator sein;
– die Zylinderspule kann auch das Mittel zum Ausüben einer Kraft ersetzen; in diesem Fall ersetzt die elektromagnetische Kraft die elastische Kraft;
– der Zylinder aus magnetischem Material kann fehlen; in diesem Fall muss, wenn die Zylinderspule vorhanden ist, der Stift selbst aus einem magnetischen Material gebildet sein;
– die Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft können zum Beispiel außerdem gebildet sein durch Blöcke aus einem elastomeren Material, einen Träger oder eine elastische Membran oder durch pneumatische Vorrichtungen;
– die Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft können auch fehlen; in diesem Fall muss einzig das Gewicht der Stifte jeweils ausreichen, damit die konische Spitze die Öffnung hermetisch verschließt;
– das Translationssystem kann beispielsweise auf einem System mit Polarkoordinaten basieren;
– das Translationssystem kann über Mikrometerschrauben manuell gesteuert sein;
– die Vorrichtungen können direkt durch den Benutzer befällt werden oder sie können auch in Form von vorbefüllten Patronen bereitgestellt werden, welche dazu bestimmt sind, nach der Benutzung weggeworfen zu werden oder zum Hersteller zurückgeschickt zu werden; dies wird ermöglicht durch die Tatsache, dass die Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft die Öffnung hermetisch verschlossen halten und dass die Öffnung, aufgrund ihrer Kapillarabmessungen, das Austreten der in dem Innenvolumen enthaltenen Flüssigkeit nicht erlaubt;
– die Vorrichtungen können mit verstopfter Öffnung bereitgestellt werden, wobei das Öffnen unmittelbar vor der Benutzung bewerkstelligt wird;
– obwohl isolierte Vorrichtungen beschrieben wurden, ist es möglich, einen Aufnahme- und Depositionskopf zu realisieren, welcher aus solchen Vorrichtungen zusammengesetzt ist, so dass er ein Raster von Tröpfchen derselben Flüssigkeit oder von verschiedenen Flüssigkeiten gleichzeitig deponieren kann;
– in diesem Fall ist es vorteilhafterweise möglich, die Größe der Tröpfchen, welche durch jede der den Aufnahme- und Depositionskopf bildenden Vorrichtungen deponiert werden, individuell zu kontrollieren, wohingegen die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme keine individuelle Kontrolle der Größe der Tröpfchen ermöglichen.

Claims

Vorrichtung zum Aufnehmen und Deponieren von Tröpfchen (100, 200) wenigstens einer Flüssigkeit (32), umfassend: – ein Außenrohr (101), welches an einem seiner Enden eine Öffnung trägt; – einen Rand (109), welcher die Öffnung (107) begrenzt; – einen Stift (111, 211, 221), welcher im Inneren des Außenrohrs (101) gleiten kann; – ein Innenvolumen (117), welches zwischen dem Stift (111, 211, 221) und dem Außenrohr (101) eingeschlossen ist; – eine Öffnung (119) mit Kapillarabmessungen, welche in der Wand des Außenrohrs (101) derart geöffnet ist, dass in dem Innenvolumen (117) ein Druck hergestellt wird, welcher gleich zu demjenigen ist, welcher an der Außenseite der Öffnung (119) vorhanden ist; – ein Verschlusselement (113, 213) für die Öffnung (107), welches mit dem Stift (111, 211, 221) verbunden ist, wobei, wenn der Stift (111, 211, 221) sich in einer extrem vorgeschobenen Position befindet, das Verschlusselement (113, 213) an der Kante (109) anliegt und so die Öffnung (107) hermetisch verschließt und, wenn dieser Stift außerhalb dieser extremen Position ist, ein Durchgang (115) mit Kapillarabmessungen das Innenvolumen (117) in Verbindung mit der Außenseite setzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Querschnitt des Durchgangs (115) etwa 10^–8 m² mit einer Unsicherheit von etwa 1% ist, so dass das Volumen der deponierten Tröpfchen im Bereich eines Nanoliters mit einer Unsicherheit im Bereich von 10 Pikolitern ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verschlusselement (113) durch Ausübung einer elastischen Kraft (123, 223) in der vollständig vorgeschobenen Position gehalten wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Querschnitt des Durchgangs (115) kontinuierlich als Funktion der relativen Position (Z) des Stifts (111, 211, 221) im Verhältnis zu dem Außenrohr (101) zwischen Null und einem maximalen Wert variiert, welcher erreicht wird, wenn der Stift (111, 211, 221) sich in der vollständig zurückgezogenen Position befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlusselement eine Spitze (113) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Spitze (113) konisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Verschlusselement eine Kugel (213) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft (123) ausgewählt ist zwischen einer Feder, einem elastischen Träger, einer elastischen Membran, einem Block aus elastomerem Material.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft (123) das der Öffnung (107) entgegengesetzte Ende des Stifts (111, 221) mit dem Außenrohr (101) verbindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft (123) das der Öffnung (107) entgegengesetzte Ende des Stifts (211) mit einem zweiten Stift (212) verbindet, welcher kolinear zu dem ersten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verschlusselement an dem Stift (111, 211) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Mittel zur Ausübung einer elastischen Kraft (123) das Verschlusselement mit dem Ende des Stifts (221) auf der Seite der Öffnung (107) verbindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Positionssensor (127) umfasst, welcher die Messung der Position (Z) des Stifts (111, 211, 212, 221) im Inneren des Außenrohrs (101) ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Aktuator (127) umfasst, welcher die Regelung der Position Z des Stifts (111, 211, 212, 221) im Inneren des Außenrohrs (101) ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 13 und 14, wobei der Sensor (127) und der Aktuator (127) gebildet sind durch eine Zylinderspule (127) und wenigstens einen Abschnitt des Stifts (113), welcher aus einem Material gebildet ist, das eine relative magnetische Permeabilität μ_r von deutlich größer als 1 aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche wenigstens teilweise aus einem Material gebildet ist, das ausgewählt ist aus einem Metall, darunter Edelstahl, einem Glas, einem Kunststoffmaterial und einem Polymer.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Schutzbeschichtungen auf wenigstens einem Abschnitt von Oberflächen, welche in Kontakt mit der wenigstens einen aufzunehmenden oder zu deponierenden Flüssigkeit (32) kommen können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend hydrophobe Beschichtungen auf wenigstens einem Abschnitt von Oberflächen, welche in Kontakt mit der wenigstens einen aufzunehmenden oder zu deponierenden Flüssigkeit (32) kommen können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend hydrophile Beschichtungen auf wenigstens einem Abschnitt von Oberflächen, welche in Kontakt mit der wenigstens einen aufzunehmenden oder zu deponierenden Flüssigkeit (32) kommen können.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der genannten Beschichtungen gebildet ist aus einem hydrophilen Material, wie z. B. Wolfram.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (119) mit Kapillarabmessungen zu klein ist, um zu ermöglichen, dass eine zum Aufnehmen oder Deponieren geeignete Flüssigkeit (32) durch sie hindurchgeht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (119) mit Kapillarabmessungen das Innenvolumen (117) in Kommunikation mit der Atmosphäre setzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (119) mit Kapillarabmessungen mit einem Behälter (219) verbunden ist, welcher ein Inertgas enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Druck des Inertgases in dem Behälter (219) regelbar ist, so dass eine Aufnahme und ein Deponieren von Flüssigkeit (32) bewerkstelligt werden können, welche durch einen pneumatischen Effekt unterstützt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (119) mit Kapillarabmessungen geschlossen werden kann, um das Innenvolumen (107) von der Umgebung zu isolieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches an einem Translationssystem (129) befestigt ist, welches es ermöglicht, sie mit einer Mikrometerpräzision in drei Dimensionen zu verlagern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Translationssystem (129) durch einen Rechner (131) gesteuert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine mit einer Flüssigkeit (32) vorbefüllte Patrone bildet.
Aufnahme- und Depositionskopf, welcher gebildet ist durch mehrere Vorrichtungen zum Aufnehmen und zum Deponieren (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Deponieren eines Rasters von Tröpfchen der wenigstens einen Flüssigkeit (32).
Aufnahme- und Depositionskopf nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Flüssigkeit (32), welche durch jede zu dem Aufnahme- und Depositionskopf gehörende Vorrichtung (100, 200) aufgenommen oder deponiert wird, individuell gesteuert werden kann.
Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit (32) unter Verwendung einer Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1–28, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: (a) Eintauchen der Vorrichtung (100) in einen die Flüssigkeit (32) enthaltenden Behälter (31); (b) Zurückziehen des Verschlusselements (113, 213), um den Durchgang (115) zu öffnen, und Füllen des Innenvolumens (117) durch Wirkung des hydrostatischen Drucks und der Kapillarität; (c) Herausziehen der Vorrichtung (100) und Vorschieben des Verschlusselements (113, 213), um den Durchgang (115) zu verschließen.
Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit (32) nach Anspruch 31, wobei das Zurückziehen des Verschlusselements (113, 213) hervorgerufen wird durch den Druck, welcher durch das Verschlusselement (113, 213) auf den Boden (33) des Behälters (31) ausgeübt wird.
Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit (32) nach Anspruch 31, wobei das Zurückziehen des Verschlusselements (113, 213) durch den Aktuator (127) hervorgerufen wird.
Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit (32) unter Verwendung einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–28, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: (d) Annähern der Öffnung (107) am Ende der Vorrichtung (100) an die Oberfläche der aufzunehmenden Flüssigkeit (32); und (e) Zurückziehen des Verschlusselements (113, 213) durch den Aktuator (127), um den Durchgang (115) zu öffnen, und Füllen des Innenvolumens (117) nur durch Wirkung von Kapillarkräften.
Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit (32) unter Verwendung einer Vorrichtung (100) nach Anspruch 34, wobei die Flüssigkeit (32) in einem Microwell enthalten ist.
Verfahren zum Aufnehmen wenigstens einer Flüssigkeit (32) nach einem der Ansprüche 34 oder 35, wobei die Menge der aufgenommenen Flüssigkeit (32) gesteuert wird, indem die Position (Z) des Stifts (111, 211) im Inneren des Außenrohrs (101) und folglich der Querschnitt des Durchgangs (115) geregelt wird.
Verfahren zum Deponieren durch Kontakt wenigstens einer Flüssigkeit (32) unter Verwendung einer Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1–28, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: (f) Positionieren der Vorrichtung (100, 200) in der Vertikalen des Punkts der Depositionsfläche (51), wo das Deponieren bewerkstelligt werden soll; (g) Bringen des Verschlusselements (113, 213) in Kontakt mit der Depositionsfläche (51) und Öffnen des Durchgangs (115) durch Wirkung des Drucks, welcher durch das Verschlusselement (113, 213) auf die Kontaktfläche (51) ausgeübt wird; (h) Deponieren einer kontrollierten Menge (53) der Flüssigkeit (32) durch die kombinierte Wirkung von Adhäsionskräften der Flüssigkeit (32) an der Depositionsfläche, der Kapillarität und der Schwerkraft; und (i) Anheben der Vorrichtung (100, 200) und Vorschieben des Verschlusselements (113, 213), um den Durchgang (115) zu verschließen.
Verfahren zum kontaktlosen Deponieren wenigstens einer Flüssigkeit (32) unter Verwendung einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–28, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: (j) Positionieren der Vorrichtung (100) in der Vertikalen des Punkts der Depositionsfläche (51), wo das Deponieren bewerkstelligt werden soll; (k) Zurückziehen des Verschlusselements (113, 213) durch Wirkung des Aktuators (127), was das Öffnen des Durchgangs (115) hervorruft; und (l) Vorschieben des Verschlusselements (113, 213), um den Durchgang (115) zu verschließen, und Deponieren eines Tröpfchens (61) der Flüssigkeit (32) durch die kombinierte Wirkung der Schwerkraft und des Kolbeneffekts, welcher durch das Vorschieben des Verschlusselements (113) induziert wird.
Verfahren zum Deponieren wenigstens einer Flüssigkeit (32) nach einem der Ansprüche 37 und 38, wobei die Menge der deponierten Flüssigkeit (32) gesteuert wird, indem die Position (Z) des Stifts (111, 211, 212, 221) im Inneren des Außenrohrs (101) und folglich der Querschnitt des Durchgangs (115) geregelt wird.
Verfahren zur Reinigung einer Vorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1–28, umfassend die Injektion einer Reinigungsflüssigkeit unter Druck (71) durch die Öffnung (119) in das Innere der Vorrichtung, wobei der Abtransport der Reinigungsflüssigkeit (71) durch Absaugen über den offen gehaltenen Durchgang (115) erfolgt, wobei das Verschlusselement (113, 213) zurückgezogen wird.
Steuerverfahren zum Regeln der Flüssigkeitsmenge, welche durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 31–39 aufgenommen oder deponiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Translationssystem (129) das Verschlusselement (113, 213) mit einer konstanten Kraft F, welche möglicherweise Null sein kann, gegen den Boden (33) oder die Depositionsfläche (33) drückt, und dass die relative Position (Z_e) des Stifts (111, 211, 212, 221) im Verhältnis zu dem Außenrohr (101) durch den Sensor (127) bestimmt wird, die relative Position (Z_e) mit ihrem Zielwert (Z_c) verglichen wird, welcher berechnet ist in Abhängigkeit von der Menge der Flüssigkeit (32), welche aufgenommen oder deponiert werden soll, und der Aktuator (127) einwirkt, um die relative Position (Z_e) an den Zielwert (Z_c) anzunähern.
Steuerverfahren zum Regeln der Flüssigkeitsmenge, welche durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 31, 32, 36 und 37 aufgenommen oder deponiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Translationssystem (129) das Verschlusselement (113, 213) mit einer variablen Kraft F gegen den Boden (33) oder die Depositionsfläche (33) drückt, und dass die relative Position (Z_e) des Stifts (111, 211, 212, 221) im Verhältnis zu dem Außenrohr (101) durch den Sensor (127) bestimmt wird, die relative Position (Z_e) mit ihrem Zielwert (Z_c) verglichen wird, welcher berechnet ist in Abhängigkeit von der Menge der Flüssigkeit (32), welche aufgenommen oder deponiert werden soll, und das Translationssystem (129) einwirkt, um die relative Position (Z_e) an den Zielwert (Z_c) anzunähern.