EP1212249A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufnehmen und plazieren von gegenständen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum aufnehmen und plazieren von gegenständen

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EP1212249A1
EP1212249A1 EP00962366A EP00962366A EP1212249A1 EP 1212249 A1 EP1212249 A1 EP 1212249A1 EP 00962366 A EP00962366 A EP 00962366A EP 00962366 A EP00962366 A EP 00962366A EP 1212249 A1 EP1212249 A1 EP 1212249A1
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EP
European Patent Office
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adhesive layer
adhesive
transport
objects
liquid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00962366A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kristina Schmidt
Dirk Vetter
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Graffinity Pharmaceutical Design GmbH
Original Assignee
Graffinity Pharmaceutical Design GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Graffinity Pharmaceutical Design GmbH filed Critical Graffinity Pharmaceutical Design GmbH
Publication of EP1212249A1 publication Critical patent/EP1212249A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G47/00—Article or material-handling devices associated with conveyors; Methods employing such devices
    • B65G47/74—Feeding, transfer, or discharging devices of particular kinds or types
    • B65G47/90—Devices for picking-up and depositing articles or materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/001—Article feeders for assembling machines
    • B23P19/007—Picking-up and placing mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
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    • B01J2219/00279—Features relating to reactor vessels
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    • B01J2219/00313—Reactor vessels in a multiple arrangement the reactor vessels being formed by arrays of wells in blocks
    • B01J2219/00315—Microtiter plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2219/00457—Dispensing or evacuation of the solid phase support
    • B01J2219/00459—Beads
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    • B01J2219/00277—Apparatus
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    • B01J2219/005—Beads
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B60/00—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
    • C40B60/14—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for picking up individual objects or particles and depositing them in containers or cavities filled with liquid.
  • DE-A-195 12 155 describes a pick-up and arranging machine which enables the transport and pick-up of particles and their delivery in chambers by means of vacuum technology.
  • Another disadvantage of this device is the complex and expensive equipment with vacuum-stable parts.
  • a disadvantage of conventional methods according to the known prior art is that the detachment of the object from the adhesive surface after placement, for example by stripping or spinning, makes an exact placement difficult or impossible. Remaining adhesive residues on the object to be transported can also be a hindrance. If used several times, the adhesive force drops, so that it is necessary to replace the device or renew the adhesive surface. Examples of receiving and transporting devices that use adhesive surfaces are DE-A-30 10 779, GB-A-2 237 001 or US-A-5 470 116. A disadvantage of these devices is that the removal of the objects in a manual manner and Way must be made. Automation and miniaturization is therefore not possible. High demands are also placed on the adhesive, since it has to be strong enough that the object to be transported adheres during transport, but should be easily removed.
  • US-A-5 637 395 discloses special adhesives that enable holding during the processing process (e.g. cutting) of a semiconductor wafer.
  • the detachment is achieved by admixing compounds of the adhesive which are photopolymerizable. After exposure, the adhesive strength drops and the wafer peels off.
  • a disadvantage of this invention is that an expensive adhesive must be used.
  • US-A-4 073 530 discloses a receiving device which carries an adhesive surface at a flexible end. An object is removed by reducing this adhesive surface by means of translatory movement.
  • a disadvantage of this device is that the shape and weight of the object to be picked up must be such that a reduction in the adhesive area is possible. This is not the case with round objects.
  • Another disadvantage is that it cannot be guaranteed that residues of the adhesive material remain on the object to be transported. If the objects to be manipulated are small spherical and light particles, in particular synthetic resin beads, which are used in combinatorial solid-phase synthesis and high-throughput screening, special methods are disclosed which in particular enable individual beads to be assigned to cavities in a microtiter plate.
  • WO-A-98/17383 describes a possibility of distributing a defined number of beads, which are suitable for use in combinatorial synthesis, into a microtiter plate; however, the beads to be distributed are in a suspension. It is not possible to transport individual particles with this method.
  • the device used requires pipette-like devices whose geometry makes miniaturization difficult.
  • WO-A-98/32000 discloses picking up individual beads and transferring them to a microtiter plate, the beads being able to be placed in each cavity of the microtiter plate.
  • the pearls are also available as a suspension and are therefore not individually controllable. The pearl is taken up by sucking up liquid until a pearl clogs the entrance of the needle.
  • a disadvantage of this method is the high expenditure on equipment, which is caused by the pressure sensor device required.
  • WO-A-98/08092 describes a method which enables pearls of essentially the same size or dimensions to be arranged in a predetermined grid, such as a microtiter plate. Pearls are filled into a capillary tube. An adhesive layer is used to fix the beads.
  • a disadvantage of this method is that after the beads have been assigned to individual fields, the excess beads have to be removed. The assignment of the pearl fields to each other is also defined.
  • the beads in the arrays can only be transferred as a whole into the capillary system through the shadow mask. It is therefore not possible to control the beads individually to form the wells of a microtiter plate. Consequently, in principle only beads of the same size can be handled with this method. Furthermore the settling of drops of adhesive to form the adhesive layer is relatively complex, whereby the process costs are comparatively high.
  • the object of the invention is to create an improved device and an improved method for picking up small objects or particles and depositing them in containers or cavities filled with liquid.
  • the disadvantages of the prior art described above are to be avoided.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are intended to be suitable for handling synthetic beads which are used in combinatorial solid-phase chemistry for creating combinatorial substance libraries. This object is achieved with the features of the claims.
  • the invention is based on the basic idea of providing a surface of a transport device with an adhesive substance of an adhesive layer or an adhesive (hereinafter referred to simply as “adhesive”) or at least increasing the adhesiveness of an adhesive that may be present, before each transport of an object, this surface is then brought into contact with the object in order to transport it.
  • adhesive an adhesive substance of an adhesive layer or an adhesive
  • transport and “transfer” are understood to mean the repositioning of an object from a starting or receiving position to an end or placement position. These terms are not tied to any direction.
  • a corresponding method comprises in particular the following steps: (a) One end of a means suitable for transport, such as a rod or a pen, is immersed in a liquid which is either itself is adhesive or has substances that are adhesive.
  • the end of the object is such that it has a suitably large common surface, ie adhesive surface, when it comes into contact with the objects to be transported.
  • the adhesive surface is optionally subjected to drying in order to enable the adhesive substances contained in the liquid to be concentrated. This can be done, for example, by simply standing in the air.
  • Parts of the means of transport which have an adhesive surface are brought into contact with the object to be transported in such a way that lifting and moving or transporting the object is possible.
  • the object is deposited in a container filled with a liquid or at least one cavity filled with liquid, the adhesive surface between the object to be transported and the means of transport preferably being removed by the liquid, but at least the adhesiveness of the adhesive being considerably reduced, so that the object detaches itself from the means of transport. This can be done, for example, by creating a mixture or solution. The object is released into the container or cavity.
  • Adhesive liquids can be, for example, viscous compounds such as polyethylene glycols or polypropylene glycols.
  • liquids containing adhesives are aqueous sugar (e.g. glucose, sucrose, maltose) or concentrated salt solutions.
  • Liquids which make it possible to detach the objects can be, for example, water, aqueous buffer or salt solutions or organic solvents or a splitting reagent which, in the case of synthetic pearls as objects to be transported, at the same time makes it possible to detach compounds which are attached to the pearls.
  • Preferred embodiments of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings, but the invention is not restricted to these. Show it:
  • FIG. 1a shows a schematic illustration of a transport device in the form of a pin for use in the pick-and-place device according to the invention without an adhesive layer;
  • FIG. 1b shows a schematic illustration of a transport device in the form of a pen for use in the pick-and-place device according to the invention with an adhesive layer;
  • FIG. 2 shows a detail of a side view of a transport device to which an object to be transported adheres
  • 3a shows a vertical section through part of the pick-and-place device according to the invention, in which a plurality of transport devices are arranged to be movable in an array and in the longitudinal direction;
  • 3b shows a vertical section through a further embodiment of part of the pick-and-place device according to the invention, in which a plurality of transport devices are arranged in an array and are resiliently movable in the longitudinal direction;
  • FIGS. 3a and 3b shows a perspective view of the array arrangement shown in section in FIGS. 3a and 3b with the vertically movable transport devices provided with adhesive.
  • FIG. 1 a shows a transport device or a transport means in the form of a pin 2, which is designed, for example, in the form of a cylindrical rod or, as shown in the figures, can have the shape of a nail.
  • the shape of the transport device is not critical and can be chosen as long as there is sufficient surface at the end to serve as an adhesive surface.
  • the cross-sectional area of the pin 2 can be circular, oval or polygonal.
  • the pin 2 can be guided manually or automatically, such as with the aid of a robot arm that can be moved three-dimensionally (X, Y and Z directions).
  • the pin 2 preferably has a mounting device or a flange 6 at its upper end 4 in order to hold it on a carrier element 8 and to guide it if necessary.
  • the mounting device 6 is preferably formed integrally or in one piece with the pin 2.
  • Stainless steels that meet the requirement of being able to be processed very precisely (manufacture, positioning) are particularly suitable. This becomes more evident with increasing miniaturization. Another requirement is resistance to the liquids used (resistance to chemicals).
  • a certain weight of the pins is advantageous so that they return to the original position after vertical movement out of the recess 20; alternatively, this is achieved by "pressing down” (eg using a compression spring).
  • FIG. 1b shows a pin 2 which has an adhesive layer 12 on its “tip” or head surface 10 opposite the end 4 provided with the mounting device 6.
  • the layer 12 is preferably only on the surface section that comes into contact with the object 14 to be transported provided in order to keep the required amount of adhesive as small as possible.
  • the object 14 to be picked up in the form of a polystyrene bead, as is used in chemical solid-phase synthesis, in a container or a cavity 16, which protects it against lateral displacement.
  • the center of gravity of the object 14 is preferably below the upper edge 18 of the cavity 16. If the area of the pen tip 10 is larger than the cavity 16, the pearl 14 should partially protrude from the cavity 16 in order to be able to contact it without problems.
  • the object 14 adheres to the adhesive surface 12 and can be lifted out of the cavity by lifting the pin 2 or lowering the plate 8 carrying the cavity 16 14 taken and transported to the desired position.
  • the cavities 14 can be arranged on a plate 8 in the form of a regular grid or array (FIG. 4), but this does not have to be identical to the grid of containers or cavities of a target plate, for example a microtiter plate. Depending on the application, this array can be designed in two or three dimensions. Possible array sizes are 12, 24, 96, 384, 1536, 9216, preferably more than 100.
  • the pin tool preferably has 384 pins.
  • 3a shows a row of an array consisting of pins 2, which are inserted into regularly arranged recesses 20 of the plate 8 up to the mounting device or the flange 6.
  • the arrangement is designed such that it permits vertical movement or deflection of the pins 2, for example to be able to compensate for differences in length of the pins 2 or different object sizes when placed on the objects 14 to be transported.
  • This embodiment is also advantageous because damage or destruction of the objects to be transported can be avoided.
  • FIG. 3b Another embodiment of the storage of the pins 2 in the plate 8 is shown in Fig. 3b.
  • the vertical mobility of the pins 2 is made possible by a respective spring 22, which extends over a guide section 24 formed on the pin 2 and is supported in a blind hole 26 provided in the plate 8.
  • the srift 2 can deflect according to this embodiment and thus compensate for existing length differences, handling and manufacturing tolerances, for example.
  • FIG. 4 shows a receiving head 28 which carries a multiplicity of pins 2.
  • the pins 2 are received in the recesses 20 (not shown here) of the plate 8 by means of their mounting device 6.
  • the number of pins 2 and the spacing of the rows of pins and pin columns of the array head 28 should correspond to the geometry of the supporting plate 8, in particular to the geometry of the respective with a pearl-filled cavity 16 of the plate 8, and the arrangement of the liquid-filled containers (for example a microtiter plate) into which the pearls 14 are released.
  • the number of cavities 16 of the plate 8 for receiving the objects 14 corresponds to the number of pins 2 or the number of filled containers.
  • the number of filled containers (the target plate) can also be an integer multiple of the number of pins 2 or the plate or plates intended for lifting the objects 14 out.
  • the use of a robot, on the arm of which the array head 28 made of a plurality of pins 2 is attached, is advantageous here. With a large number of pins 2, a regular arrangement in rows and columns or in a concentric geometry is advantageous.
  • the adjustment of the array head 28 and the entire process can be automated with the aid of suitable software. This achieves a high degree of parallelism in the process and enables an efficient pick-and-place procedure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufnehmen einzelner Gegenstände (14) oder Partikel und Ablegen dieser in mit Flüssigkeit gefüllten Behältern oder Kavitäten (16). Vor jedem Transport eines Gegenstandes wird eine Oberfläche (10) einer Transporteinrichtung (2) mit einem Klebstoff (12) versehen, wobei anschliessend diese Oberfläche (10) mit dem Gegenstand (14) in Kontakt gebracht wird, um ihn zu transportieren. Zum Ablösen des Gegenstandes (14) von der Transporteinrichtung (2) wird die Haftkraft des Klebstoffes (12) reduziert, so dass sich dieser von der Transporteinrichtung (2) ablöst.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHRENZUMAUFNEHMENUND PLAZIEREN
VON GEGENSTÄNDEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufnehmen einzelner Gegenstände oder Partikel und Ablegen dieser in mit Flüssigkeit gefüllten Behältern oder Kavitäten.
Zum Aufnehmen, Verbringen und Plazieren von Gegenständen oder Partikeln (pick-and-place Operationen) sind mehrere Verfahren bekannt.
Sind die aufzunehmenden Gegenstände vergleichsweise groß und schwer, werden häufig Greifvorrichtungen verwendet. In EP-A-0 671 351 wird beispielsweise das Aufnehmen und Ablegen mit Hilfe solcher Greifvorrichtungen realisiert. Nachteilig an diesen Apparaten ist der enorme technische Aufwand für deren Konstruktion sowie deren schlechte Miniaturisierbarkeit.
Diese Nachteile zeigen sich generell auch bei der Verwendung von Saugvorrichtungen. DE-A-195 12 155 beschreibt eine Aufnahme- und Anordnungsmaschine, die ein Transportieren sowie das Aufnehmen von Partikeln und deren Abgabe in Kammern mittels Vakuumtechnik ermöglicht. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist zudem die aufwendige und teure Ausrüstung mit vakuumstabilen Teilen.
Alternativ zu diesen Verfahren werden meist kostengünstigere Klebevorrichtungen zum Transport bzw. Aufnehmen verwendet, insbesondere für leichte Gegenstände. Nachteilig ist bei herkömmlichen Verfahren nach bekanntem Stand der Technik, daß das Ablösen des Gegenstandes von der Klebefläche nach dem Plazieren zum Beispiel durch Abstreifen oder Schleudern ein exaktes Ablegen erschwert oder unmöglich macht. Weiterhin können zurückbleibende Klebereste auf dem zu transportierenden Gegenstand hinderlich sein. Bei mehrmaliger Nutzung sinkt die Klebekraft, so daß ein Austauschen der Vorrichtung oder Erneuern der Klebefläche notwendig ist. Beispiele für Aufnahme- und Transportvorrichtungen, die Klebeflächen verwenden sind DE-A-30 10 779, GB-A-2 237 001 oder US-A-5 470 116. Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist, daß das Entfernen der Gegenstände auf manuelle Art und Weise vorgenommen werden muß. Eine Automatisierung und Miniaturisierung ist daher nicht möglich. Ebenfalls werden hohe Anforderungen an den Klebstoff gestellt, da dieser stark genug sein muß, daß der zu transportierende Gegenstand während des Transports haftet, jedoch ein Entfernen leicht ermöglicht werden soll.
Ein weiteres Beispiel liefert US 5,553,344. Diese Vorrichtung zum Aufnehmen leichter Gegenstände verwendet mehrere abnehmbare Blätter mit adhäsivem Material. Nach Aufnahme der Gegenstände werden die kontaminierten Blätter entfernt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Klebefläche immer wieder erneuert werden muß. Ein Entfernen der Gegenstände ist nicht vorgesehen.
In der US-A-5 637 395 werden spezielle Klebstoffe offenbart, die ein Halten während des Bearbeitungsprozesses (z.B. Schneiden) eines Halbleiter- Wafers ermöglichen. Das Ablösen wird dadurch erreicht, daß Verbindungen des Klebstoffes beigemischt sind, die photopolymerisierbar sind. Nach Belichtung sinkt die Klebkraft und der Wafer löst sich ab. Ein Nachteil dieser Erfindung liegt darin, daß ein teurer Klebstoff verwendet werden muß.
In US-A-4 073 530 wird eine Aufnahmevorrichtung offenbart, die an einem flexibel zu gestaltenden Ende eine Klebefläche trägt. Das Entfernen eines Gegenstandes erfolgt durch Reduktion dieser Klebefläche mittels translatorischer Bewegung. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß die Form und das Gewicht des aufzunehmenden Gegenstandes so beschaffen sein muß, daß eine Reduktion der Klebefläche möglich ist. Dies ist bei runden Gegenständen nicht gegeben. Weiterhin ist von Nachteil, daß nicht gewährleistet werden kann, daß Reste des Klebematerials am zu transportierenden Gegenstand verbleiben. Handelt es sich bei den zu manipulierenden Gegenständen um kleine kugelförmige und leichte Partikel, insbesondere um Syntheseharzperlen, die in der kombinatorischen Festphasensynthese und dem Hochdurchsatzscreening verwendet werden, sind spezielle Verfahren offenbart, die insbesondere die Zuordnung einzelner Perlen zu Kavitäten einer Mikrotiterplatte ermöglichen.
Die WO-A-98/17383 beschreibt eine Möglichkeit der Verteilung einer definierten Anzahl von Perlen, die für den Einsatz in der kombinatorischen Synthese geeignet sind, in eine Mikrotiterplatte; jedoch liegen die zu verteilenden Perlen in einer Suspension vor. Ein Transport einzelner Partikel ist mit dieser Methode nicht möglich. Die verwendete Vorrichtung benötigt pipettenähnliche Vorrichtungen, deren Geometrie eine Miniaturisierung erschwert.
Ein Aufnehmen einzelner Perlen und den Transfer zu einer Mikrotiterplatte, wobei die Perle in jeweils eine Kavität der Mikrotiterplatte abgelegt werden kann, offenbart die WO-A-98/32000. Jedoch liegen die Perlen auch hier als Suspension vor und sind somit nicht individuell ansteuerbar. Die Aufnahme der Perle erfolgt durch Aufsaugen von Flüssigkeit, bis eine Perle den Eingang der Nadel verstopft. Nachteilig an diesem Verfahren ist der hohe apparative Aufwand, der durch die benötigte Drucksensoreinrichtung zustande kommt.
Die WO-A-98/08092 beschreibt ein Verfahren, das ein Einordnen von Perlen von im wesentlichen gleicher Größe bzw. Abmessungen in ein vorgegebenes Raster, wie eine Mikrotiterplatte, ermöglicht. Hierbei werden Perlen in ein Ka- pillarröhrchen gefüllt. Zur Fixierung der Perlen wird eine Klebeschicht verwendet. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß nach Zuordnung der Perlen zu einzelnen Feldern die überschüssigen Perlen entfernt werden müssen. Weiterhin ist die Zuordnung der Perlenfelder untereinander festgelegt. Die in den Arrays befindlichen Perlen können nur durch die Lochmaske als ganzes in das Kapillarsystem überführt werden. Das individuelle Ansteuern der Perlen zu Kavitäten einer Mikrotiterplatte ist somit nicht möglich. Folglich können bei diesem Verfahren prinzipiell nur Perlen gleicher Größe gehandhabt werden. Darüber hinaus ist das Absetzen von Klebstofftropfen zur Ausbildung der Klebeschicht relativ aufwendig, wodurch die Prozeßkosten vergleichsweise hoch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Aufnehmen kleiner Gegenstände oder Partikel und Ablegen dieser in mit Flüssigkeit gefüllten Behältern oder Kavitäten zu schaffen. Dabei sollen insbesondere die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren für das Handling von Syntheseperlen geeignet sein, die in der kombinatorischen Festphasenchemie zum Erstellen kombinatorischer Substanzbibliotheken verwendet werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, vor jedem Transport eines Gegenstandes eine Oberfläche einer Transporteinrichtung mit einem klebefähigen Stoff einer klebefähigen Schicht bzw. einem Klebstoff (nachfolgend vereinfachend "Klebstoff' genannt) zu versehen oder zumindest die Haftfähigkeit eines eventuell vorhandenen Klebstoffs zu erhöhen, wobei anschließend diese Oberfläche mit dem Gegenstand in Kontakt gebracht wird, um ihn zu transportieren. Zum Ablösen des Gegenstandes von der Transporteinrichtung wird die Haftkraft des Klebstoffes reduziert oder der Klebstoff im wesentlichen völlig entfernt, so daß sich dieser von der Transporteinrichtung ablöst.
Unter den Begriffen "Transport" und "Transfer" ist im Sinn der vorliegenden Erfindung das Umpositionieren eines Gegenstandes von einer Ausgangs- oder Aufnahmeposition zu einer End- oder Plazierposition zu verstehen. Diese Begriffe sind an keinerlei Richtung gebunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein entsprechendes Verfahren insbesondere die folgende Schritte: (a) Ein für den Transport geeignetes Mittel, wie zum Beispiel ein Stab oder ein Stift, wird mit einem Ende in eine Flüssigkeit getaucht, die entweder selbst klebefähig ist oder Stoffe aufweist, die klebefähig sind. Das Ende des Gegenstandes ist derart beschaffen, daß es bei Kontakt mit den zu transportierenden Gegenständen eine geeignet große gemeinsame Oberfläche, d.h. Klebefläche, besitzt.
(b) Nach dem Herausnehmen aus der Flüssigkeit wird die Klebefläche gegebenenfalls einer Trocknung unterzogen, um ein Konzentrieren der in der Flüssigkeit enthaltenen klebefähigen Stoffe zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise durch einfaches Stehenlassen an der Luft erfolgen.
(c) Teile des Transportmittels, die eine Klebefläche aufweisen, werden mit dem zu transportierenden Gegenstand derart in Kontakt gebracht, daß ein Anheben und Verbringen bzw. Transportiem des Gegenstandes möglich ist.
(d) Das Ablegen des Gegenstandes erfolgt in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Behältern oder mindestens einer mit Flüssigkeit gefüllten Kavität, wobei die Klebefläche zwischen dem zu transportierendem Gegenstand und Transportmittel durch die Flüssigkeit vorzugsweise entfernt, zumindest aber die Haftfähigkeit des Klebemittels erheblich reduziert wird, so daß der Gegenstand sich von dem Transportmittel ablöst. Dies kann beispielsweise durch Erzeugen einer Mischung oder Lösung geschehen. Der Gegenstand wird dabei in den Behälter oder die Kavität entlassen.
(e) Nachdem sich der Gegenstand abgelöst hat, kann der Vorgang beliebig oft wiederholt werden.
Klebefähige Flüssigkeiten können beispielsweise viskose Verbindungen wie Polyethylenglycole oder Polypropylenglycole sein. Beispiele für klebefähige Stoffe enthaltende Flüssigkeiten sind wäßrige Zucker- (z.B. Glucose, Saccharose, Maltose) oder konzentrierte Salzlösungen.
Flüssigkeiten die das Ablösen der Gegenstände ermöglichen, können beispielsweise Wasser, wäßrige Puffer- oder Salzlösungen oder organische Lösemittel oder Abspaltreagenz sein, das - im Falle von Syntheseperlen als zu transportierende Gegenstände - gleichzeitig die Abspaltung von an den Perlen hängenden Verbindungen ermöglicht. Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, ohne daß jedoch die Erfindung auf diese beschränkt bleibt. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Transporteinrichtung in Form eines Stiftes zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Pick-and- Place-Vorrichtung ohne eine klebende Schicht;
Fig. 1b eine schematische Darstellung einer Transporteinrichtung in Form eines Stiftes zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Pick-and- Place-Vorrichtung mit einer klebenden Schicht;
Fig. 2 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Transporteinrichtung, an der ein zu transportierender Gegenstand haftet;
Fig. 3a einen Vertikalschnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Pick- and-Place-Vorrichtung, bei der mehrere Transporteinrichtungen in einem Array und in Längsrichtung bewegbar angeordnet sind;
Fig. 3b einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Teils der erfindungsgemäßen Pick-and-Place-Vorrichtung, bei der mehrere Transporteinrichtungen in einem Array und in Längsrichtung bewegbar federnd angeordnet sind;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf die in Figuren 3a und 3b im Schnitt dargestellte Arrayanordnung mit den mit Klebstoff versehenen vertikal beweglichen Transporteinrichtungen.
Fig. 1a zeigt eine Transporteinrichtung bzw. ein Transportmittel in Form eines Stiftes 2, der beispielsweise in Form eines zylindrischen Stabs ausgebildet ist oder wie in den Figuren dargestellt die Form eines Nagels aufweisen kann. Die Form der Transporteinrichtung ist dabei unkritisch und kann beliebig gewählt werden, solange an deren Ende eine ausreichende als Klebefläche dienende Fläche zur Verfügung steht. So kannn die Querschnittsfläche des Stifts 2 beispielsweise kreisförmig, oval oder vieleckig sein. Der Stift 2 kann manuell oder automatisch, wie z.B. mit Hilfe eines Roboterarmes, der dreidimensional (X-, Y- und Z-Richtung) beweglich ist, geführt werden. Zusätzlich weist der Stift 2 an seinem oberen Ende 4 vorzugsweise eine Montageeinrichtung bzw. einen Flansch 6 auf, um ihn an einem Trägerelement 8 zu halten und ggf. zu führen. Die Montageeinrichtung 6 ist bevorzugt integral oder einstückig mit dem Stift 2 ausgebildet. Besonders geeignet sind Edelstahle, die die Anforderung erfüllen, sehr präzise bearbeitet werden zu können (Herstellung, Positionierung). Dies wird mit zunehmender Miniaturisierung evidenter. Eine weitere Voraussetzung ist die Resistenz gegen die verwendeten Flüssigkeiten (Beständigkeit gegenüber Chemikalien). Ein gewisses Eigengewicht der Pins ist von Vorteil, damit diese nach vertikaler Bewegung aus der Ausnehmung 20 wieder in die ursprüngliche Position zurückkehren; alternativ wird dies durch "Nachdrücken" (z.B. durch eine Druckfeder) realisiert.
Fig. 1b zeigt einen Stift 2, der an seiner dem mit der Montageeinrichtung 6 versehenen Ende 4 gegenüberliegenden „Spitze" oder Kopffläche 10 eine klebefähige Schicht 12 aufweist. Die Schicht 12 ist vorzugsweise nur an dem mit dem zu transportierenden Gegenstand 14 in Kontakt kommenden Flächenabschnitt vorgesehen, um dadurch die erforderliche Klebstoffmenge möglichst gering zu halten.
Fig. 2 zeigt den aufzunehmenden Gegenstand 14 in Form einer Polystyrenper- le, wie sie in der chemischen Festphasensynthese Anwendung findet, in einem Behälter oder einer Kavität 16, die sie gegen laterale Verschiebung schützt. Hierbei befindet sich der Schwerpunkt des Gegenstandes 14 vorzugsweise unter dem oberen Rand 18 der Kavität 16. Ist die Fläche der Stiftspitze 10 größer als die Kavität 16, so sollte die Perle 14 teilweise aus der Kavität 16 herausragen, um sie problemlos kontaktieren zu können. Nach Inkontaktbringen der an der Kopffläche 10 des Stifts 2 vorgesehenen klebefähigen Schicht 12 haftet der Gegenstand 14 an der Klebefläche 12 und kann durch Hochheben des Stiftes 2 oder Absenken der die Kavität 16 tragenden Platte 8 aus der Kavität 14 genommen und zur gewünschten Position transportiert werden. Die Kavitäten 14 können auf einer Platte 8 in Form eines regelmäßigen Rasters oder Arrays (Fig. 4) angeordnet sein, das jedoch nicht identisch mit dem Raster von Behältern bzw. Kavitäten einer Zielplatte, beispielsweise einer Mikrotiterplatte, sein muß. Dieses Array kann je nach Anwendungsfall zwei- oder dreidimensional ausgebildet sein. Mögliche Arraygrößen sind 12, 24 ,96, 384, 1536, 9216, bevorzugt mehr als 100. Das Pin-Tool besitzt vorzugsweise 384 Pins.
Fig. 3a zeigt eine Zeile eines Arrays bestehend aus Stiften 2, die in regelmäßig angeordnete Ausnehmungen 20 der Platte 8 bis zur Montageeinrichtung bzw. dem Flansch 6 eingefügt sind. Die Anordnung ist derart ausgebildet, daß sie eine vertikale Bewegung bzw. Auslenkung der Stifte 2 erlaubt, um beispielsweise Längenunterschiede der Stifte 2 oder unterschiedliche Gegenstandsgrößen beim Aufsetzen auf die zu transportierenden Gegenstände 14 ausgleichen zu können. Diese Ausführungsform ist ferner vorteilhaft, weil dadurch Beschädigungen oder Zerstörungen der zu transportierenden Gegenstände vermieden werden können.
Eine andere Ausführungsform der Lagerung der Stifte 2 in der Platte 8 ist in Fig. 3b dargestellt. Dort wird die vertikale Beweglichkeit der Stifte 2 durch eine jeweilige Feder 22 ermöglicht, die sich über einen am Stift 2 ausgebildeten Führungsabschnitt 24 erstreckt und sich in einem in der Platte 8 vorgesehenen Sackloch 26 abstützt. Beim Aufsetzen eines Stifts 2 auf eine in der Kavität 16 befindliche Perle 14, kann der Srift 2 gemäß dieser Ausführungsform einfedern und so beispielsweise vorhandene Längendifferenzen, Handhabungs- und Fertigungstoleranzen ausgleichen.
Fig. 4 zeigt einen Aufnahmekopf 28, der eine Vielzahl von Stiften 2 trägt. Die Stifte 2 sind in den (hier nicht dargestellten) Ausnehmungen 20 der Platte 8 mittels ihrer Montageeinrichtung 6 aufgenommen. Die Anzahl der Stifte 2 und der Abstand der Stiftreihen und Stiftspalten des Arraykopfes 28 sollten mit der Geometrie der tragenden Platte 8, insbesondere mit der Geometrie der jeweils mit einer Perle gefüllten Kavität 16 der Platte 8, und der Anordnung der mit Flüssigkeit gefüllten Behälter (beispielweise eine Mikrotiterplatte), in die die Perlen 14 entlassen werden, abgestimmt sein.
Hierbei ist es nicht notwendigerweise erforderlich, daß die Anzahl der Kavitäten 16 der Platte 8 zum Aufnehmen der Gegenstände 14 mit der Anzahl der Stifte 2 oder mit der Anzahl der gefüllten Behälter übereinstimmt. Es kann auch ein ganzzahliges Vielfaches von Kavitäten 16 der Ausgangsplatte vorhanden sein, das durch mehrfaches Aufnehmen und Plazieren in ein zum Beispiel übliches Mikrotiterplattenformat oder mehrere Mikrotiterplatten ermöglicht. Auch die Anzahl der gefüllten Behälter (der Zielplatte) kann ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Stifte 2 oder der zum Herausheben der Gegenstände 14 gedachten Platte oder Platten sein. Hierbei ist der Einsatz eines Roboters, an dessen Arm der Arraykopf 28 aus einer Vielzahl von Stiften 2 aufgesetzt ist, vorteilhaft. Bei einer großen Anzahl von Stiften 2 ist eine regelmäßige Anordnung in Reihen und Spalten oder in einer konzentrischen Geometrie von Vorteil. Bei Einsatz einer computerunterstützten Kamera kann das Justieren des Arraykopfes 28 und der gesamte Prozeß mit Hilfe geeigneter Software automatisiert werden. Hierdurch wird ein hoher Grad an Parallelität des Prozesses erzielt und ein effizientes Pick-and-Place-Verfahren ermöglicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14) mit den Verfahrensschritten: a) Eintauchen mindestens eines Abschnitts (10) einer Transporteinrichtung (2) in eine erste Flüssigkeit, die selbst klebefähig ist und/oder klebefähige Stoffe aufweist, um eine Klebeschicht (12) an dem Abschnitt (10) der Transporteinrichtung (2) auszubilden; b) Herausnehmen des Abschnitts (10) aus der ersten Flüssigkeit; c) Inkontaktbringen der an der Transporteinrichtung (2) ausgebildeten Klebeschicht (12) mit dem zu transportierenden Gegenstand (14); d) Transferieren des Gegenstandes (14); und e) Ablegen des zur transportierenden Gegenstandes (14) durch Eintauchen der Klebeschicht (12) in eine zweite Flüssigkeit, um die Haftkraft der Klebeschicht (12) zumindest soweit zu reduzieren, daß sich der Gegenstand (14) vom Abschnitt (10) der Transporteinrichtung (2) ablöst.
2. Verfahren zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14) mit den Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer Transporteinheit (28) für mehrere zu transferierende Gegenstände (14) mit mehreren hervorragenden Abschnitten (10), an denen jeweils eine Klebeschicht (12) ausgebildet ist; b) Inkontaktbringen jeweils eines vorstehenden Abschnitts (10) der Transporteinheit (28) mit einem einzigen zu transportierenden Gegenstand (14); c) Transferieren der and den jeweiligen Klebeschichten (12) haftenden Gegenstände (14) durch Bewegen der Transporteinheit (28); und d) Ablegen der Gegenstände (14).
3. Verfahren zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14) mit den
Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer Transporteinrichtung (2) mit einem Endabschnitt (10) für mindestens einen zu transferierenden Gegenstand (14), an dem eine Klebeschicht (12) ausgebildet ist; b) Inkontaktbringen der an der Transporteinrichtung (2) ausgebildeten Klebeschicht (12) mit dem zu transportierenden Gegenstand (14); c) Transferieren des Gegenstandes (14); und d) Ablegen des zur transportierenden Gegenstandes (14) durch Eintauchen der Klebeschicht (12) in eine zweite Flüssigkeit, um die Haftkraft der Klebeschicht (12) zumindest soweit zu reduzieren, daß sich der Gegenstand (14) vom Abschnitt (10) der Transporteinrichtung (2) ablöst.
4. Verfahren zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14) mit den Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer Transporteinheit (28) für mehrere zu transferierende Gegenstände (14) mit mehreren in einem Array angeordneten Transporteinrichtungen (2) mit jeweils daran ausgebildeten hervorragenden Abschnitten (10), an denen jeweils eine Klebeschicht (12) ausgebildet ist; b) Inkontaktbringen der Transporteinheit mit den zu transportierenden Gegenständen (14), wobei die einzelnen Transporteinrichtungen (2) axial beweglich geführt werden, um Gegenstände (14) unterschiedlicher Größe zu greifen; c) Transferieren der and den jeweiligen Klebeschichten (12) haftenden Gegenstände (14) durch Bewegen der Transporteinheit (28); und d) Ablegen der Gegenstände (14).
5. Verfahren zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14), das eine Kombination mindestens zweier der in den Ansprüchen 1 bis 4 beschriebenen Verfahren ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Ausbildung der Klebeschicht (12) durch Eintauchen in eine erste Flüssigkeit ausgebildet wird, die selbst klebefähig ist und/oder klebefähige Stoffe aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , 4 oder 5, wobei nach dem Ausbilden der Klebeschicht (12) der Abschnitt (10) einem Trockenschritt unterzogen wird, um ein Konzentrieren der in der ersten Flüssigkeit enthaltenen klebefähigen Stoffe zu erzielen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Transporteinheit (28) und/oder Transporteinrichtung (2) manuell oder automatisch bewegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Transporteinheit (28) und/oder Transporteinrichtung (2) durch Anbringen an einem Roboter automatisch bewegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 3 und 5 bis 9, wobei mehrere Transporteinrichtungen (2) als Transporteinheit (28) in einem Array angeordnet werden, um mehrere Gegenstände (14) gleichzeitig zu transferieren.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 10, wobei das Ablegen des zur transportierenden Gegenstandes (14) durch Eintauchen der Klebeschicht (12) in eine Flüssigkeit erfolgt, um die Haftkraft der Klebeschicht (12) zumindest soweit zu reduzieren, daß sich der Gegenstand (14) vom Abschnitt (10) der Transporteinrichtung (2) ablöst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 3 und 5 bis 11 , wobei das Ablegen des zu transportierenden Gegenstandes (14) durch Auflösen der Klebeschicht (12) erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 3 und 5 bis 12, wobei das Ablegen des zu transportierenden Gegenstandes (14) durch Eintauchen der Klebeschicht (12) in eine Mischung oder Lösung erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 13, wobei die selbst klebefähige Flüssigkeit viskose Verbindungen aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die viskosen Verbindungen Polye- thylenglycole oder Polypropylenglycole sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 15, wobei die klebefähige Stoffe aufweisende Flüssigkeit wäßrige Zuckerlösungen oder konzentrierte Salzlösungen sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die wäßrigen Zuckerlösungen Gluco- se, Saccharose oder Maltose aufweisen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 3 und 5 bis 17, wobei die Flüssigkeit, in die die Klebeschicht (12) zum Ablegen des Gegenstandes (14) eingetaucht wird, Wasser ist, wäßrige Puffer- oder Salzlösungen, organischen Lösemittel und/oder Abspaltreagenzien aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Abspaltreagenzien gleichzeitig die Abspaltung von an dem Gegenstand (14) hängenden Verbindungen bewirken.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die zu transportierenden Gegenstände (14) Syntheseperlen sind, die in der kombinatorischen Festphasenchemie zum Erstellen kombinatorischer Substanzbibliotheken verwendet werden.
1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der Transfer des zu transferierenden Gegenstandes (14) dadurch realisiert wird, daß dieser durch die Transporteinrichtung (2) und/oder Transporteinheit (28) transportiert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei der Transfer des zu transferierenden Gegenstandes (14) dadurch realisiert wird, daß dieser durch die Transporteinrichtung (2) und/oder Transporteinheit (28) gehoben und gesenkt wird und das Transferieren durch mindestens einen Wechsel zwischen einer Gegenstand-Aufnahme-Vorrichtung und einer Gegenstand-Plazier- Vorrichtung erfolgt.
23. Vorrichtung zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14) mit einer Transporteinrichtung (2), die an ihrem freien Endabschnitt (10) eine Klebeschicht (12) aufweist, um einen zu transportierenden Gegenstand (14) zu halten, wobei die Klebeschicht (12) derart beschaffen ist, daß diese zum Ablegen des Gegenstandes (14) durch Eintauchen in eine Flüssigkeit ihre Haftfähigkeit mindestens soweit reduziert, daß sich der Gegenstand (14) vom Endabschnitt (10) der Transporteinrichtung (12) ablöst.
24. Vorrichtung zum gleichzeitigen Aufnehmen und Plazieren von mehreren Gegenständen (14) mit mehreren in einer Transporteinheit (28) in einem Array angeordneten Transporteinrichtungen (2), die an ihrem jeweiligen Endabschnitt (10) eine Klebeschicht (12) aufweisen, wobei jedem zu transportierenden Gegenstand (14) genau eine Transporteinrichtung (2) zugeordnet ist.
25. Vorrichtung zum gleichzeitigen Aufnehmen und Plazieren von mehreren Gegenständen (14) mit mehreren in einer Transporteinheit (28) angeordneten Transporteinrichtungen (2), die an ihrem jeweiligen Endabschnitt (10) eine Klebeschicht (12) aufweisen, wobei die Transporteinrichtungen (2) in der Transporteinheit (28) axial beweglich geführt sind, um Gegenstände (14) unterschiedlicher Größe zu greifen.
26. Vorrichtung zum Aufnehmen und Plazieren von Gegenständen (14), die eine Kombination mindestens zweier der in den Ansprüchen 23 bis 25 beschriebenen Vorrichtungen ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei die Klebeschicht (12) eine durch Eintauchen zumindest des Endabschnitts (10) der Transporteinrichtung (2) in eine Flüssigkeit gebildete Klebeschicht ist, wobei die Flüssigkeit selbst klebefähig ist und/oder klebefähige Stoffe aufweist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei die Transporteinheit (28) und/oder Transporteinrichtung (2) an einem Roboter vorgesehen ist, um automatisch bewegt zu werden.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 und 25 bis 28, wobei mehrere Transporteinrichtungen (2) als Transporteinheit (28) in einem Array angeordnet sind, um mehrere Gegenstände (14) gleichzeitig zu transferieren.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die Klebeschichten (12) derart beschaffen sind, daß diese zum Ablegen der Gegenstände (14) durch Eintauchen in eine Flüssigkeit ihre Haftfähigkeit mindestens soweit reduzieren, daß sich die Gegenstände (14) von ihrem jeweiligen Endabschnitt (10) der Transporteinrichtungen (12) ablösen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 und 26 bis 30, wobei die Klebeschicht (12) derart beschaffen ist, daß das Ablegen des zu transportierenden Gegenstandes (14) durch Auflösen der Klebeschicht (12) erfolgt.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 und 26 bis 31 , wobei die Flüssigkeit, in die die Klebeschicht (12) zur Reduzierung ihrer Haftkraft eingetaucht wird, eine Mischung oder Lösung ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei die selbst klebefähige Flüssigkeit viskose Verbindungen aufweist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die viskosen Verbindungen Polye- thylenglycole oder Polypropylenglycole sind.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 34, wobei die klebefähige Stoffe aufweisende Flüssigkeit wäßrige Zuckerlösungen oder konzentrierte Salzlösungen sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die wäßrigen Zuckerlösungen Glu- cose, Saccharose oder Maltose aufweisen.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 und 26 bis 36, wobei die Flüssigkeit, in die die Klebeschicht (12) zum Ablegen des Gegenstandes (14) eingetaucht wird, Wasser ist, wäßrige Puffer- oder Salzlösungen, organischen Lösemittel und/oder Abspaltreagenzien aufweist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Abspaltreagenzien gleichzeitig die Abspaltung von an dem Gegenstand (14) hängenden Verbindungen bewirken.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 38, wobei die zu transportierenden Gegenstände (14) Syntheseperlen sind, die in der kombinatorischen Festphasenchemie zum Erstellen kombinatorischer Substanzbibliotheken verwendet werden.
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