KR20020083922A - 마이크로배열 헤드 및 마이크로배열기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기부(7)와 복수의 니들(53)을 갖는 마이크로배열 헤드(51)에 관한 것이다. 니들(53)은 기부(57) 상에 다른 하나와 평행하게 배열된다. 니들(53)은 그 상부가 기판(3)과 접촉한 상태에서 기판(3) 상에 용액을 배치시킨다. 그런 후, 니들(53)은 생물학적 시료를 포함한 용액을 보유하고 기판(3)상의 용액의 스폿을 형성한다. 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)은 복수의 니들(53)에 걸쳐 연장하도록 기부(57)에 제공된다. 복수의 니들(53)은 이에 인가된 대체로 균일한 압력으로 세척되므로, 복수의 니들(53)은 모두 단시간에 확실히 세척될 수 있다.

Description

마이크로배열 헤드 및 마이크로배열기{MICROARRAYING HEAD AND MICROARRAYER}
본 발명은 DNA 조각(fragments) 또는 올리고뉴클리오티드와 같은 대량의 생물학적 시료를 기판 상에 배열하기 위한 마이크로배열기에 관한 것이다.
최근에, 광범위한 조직의 전체 유전자의 기능을 분석하기 위한 기술 개발이 진행중이다. DNA 마이크로배열기(즉, DNA 칩)는 유리 슬라이드 또는 실리콘 기판 상에 배열되는 DNA 조각 등을 포함하는 대량의 스폿(spot)이다. 이러한 DNA 마이크로배열기는 유전자 표현, 유전자 돌연변이, 유전자 변이 등을 분석하는 데에 매우 효과적이다.
각각의 기판은 1 ㎠ 내지 수십 ㎠이고, DNA 조각의 수천 내지 수십만 개의 스폿은 이 영역에 배열된다. 기판 상의 DNA 조각의 각각은 이와 상보적인 형광 식별 DNA로 연구된다. 형광성은 기판 상의 DNA 조각과 형광 식별 DNA 사이에서 교배가 제공되는 경우에 생성된다. 형광성이 생성되는 스폿은 형광 스캐너 등에 의해 검출되어, 형광 화상이 분석된다. 따라서, 유전자 표현, 유전자 돌연변이, 유전자 변이 등이 분석될 수 있다.
이러한 DNA 마이크로배열 기술을 개발하기 위해서는, 기판 상에 DNA 조각의 스폿을 순차배열하기 위한 마이크로배열기가 필요로 하다.
기판 상에 미리 조절된 DNA 조각을 배열하기 위한 마이크로배열기는 일본특허공개 제1998-503841호에 개시된다. 이 장치에 있어서, 시료는 신장성 부재쌍에 의해 구성되는 헤드의 상단부가 기판 상에 스폿을 배치하도록 기판 상에 다소 스탬핑되는 동안 한 쌍의 신장성 부재 사이에 형성된 개방 모세관 흐름 채널에 보유된다. 이 헤드와 다른 공지된 헤드가 또한 존재한다. 즉, 헤드는 용액을 보유하기 위한 용액 저장소부와 기판 상에 스폿을 배치시키기 위한 배치부(예컨대 핀 또는 니들)에 의해 구성된다.
마이크로배열기의 성능에 대해서, 다양한 DNA 시료의 스폿이 소정의 장소에 그리고 수십 미크로 내지 수백 미크론의 범위의 크기로 정량적으로 형성될 수 있어야 한다는 요구 조건이 있다. 또한, 마이크로배열기는 다수의 복재를 제공하도록신속하게 제공될 수 있어야 한다는 요구조건이 있다.
이러한 마이크로배열기에 있어서, 헤드는 용액의 스폿을 형성하는 작업을 종료하고, 그런 후 이전 용액과 종류가 상이한 다음 용액을 보유하는 경우에, 이전 용액이 다음 용액과 혼합되는 것을 방지하도록 헤드를 세척할 것이 요구된다. 헤드에 있어서, 복수의 기판 상에 스폿을 동시에 형성하기 위한 복수의 배치부(예컨대 핀, 니들)가 종종 제공된다. 용액이 서로 혼합되는 것을 방지하도록, 모든 배치부는 확실히 세척되어야 한다.
용액의 스폿을 형성하는 작업을 종료한 헤드가 이러한 마이크로배열기에서 다른 종류의 다음 용액을 보유하도록 제조되는 경우에, 이전 용액이 다음 용액과 혼합되는 것을 방지하도록 헤드를 세척 및 건조할 것이 요구된다. 즉, 헤드를 세척 및 건조하는 작업은 스폿을 형성하는 작업 후에 필수적이게 된다.
그러나, 스폿을 형성하는 작업은 헤드를 세척 및 건조 작업 중에 정지된다. 또한, 세척 및 건조 작업에 필요한 시간은 스폿을 형성하는 작업에 필요한 시간보다 통상 길다. 따라서, 작업 효율을 향상시키는 데에 어려움이 있다.
본 발명은 상기 여건 하에서 이루어지므로, 본 발명의 목적은 기판 상에 스폿을 배치시키기 위한 복수의 배치부가 확실하게 세척될 수 있는 마이크로배열 헤드 및 마이크로배열기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스폿 형성 작업과, 마이크로배열 헤드의 세척 및 건조 작업이 마이크로배열이 매우 효율적으로 제공될 수 있도록 동시에 수행될 수 있는 마이크로배열기 및 마이크로배열 공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 대해 이후에 기술될 것이다. 부수적으로는, 첨부된 도면의 도면부호는 본 발명을 용이하게 이해하도록 괄호 사이에 부착 및 배치될 것이다. 그러나, 본 발명은 임의의 도시적 방식에 제한되지 않는다.
전술된 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명자는 기부와 기부 상에 상호 평행하게 배열되는 복수의 배치부를 구비하고, 세척액등을 공급하기 위한 넓은 공간은 복수의 배치부에 걸쳐 연장하도록 기부 내에 제공된 마이크로배열기 헤드를 개발하였다.
즉, 본 발명에 의하면, 생물학적 시료를 포함한 용액을 보유하고 기판 상에 용액의 스폿을 형성하기 위한 마이크로배열 헤드(51)에 의해 문제점이 해결된다. 마이크로배열 헤드(51)는 기부(57)와, 기부(57) 상에서 다른 하나와 평행하게 배열되고 그 상단부가 기판(3)과 접촉한 상태에서 기판 상에 용액을 배치시키는 복수의 배치부(53)를 포함하고, 세척액을 공급하기 위한 공간(58)은 배치부(53) 모두에 걸쳐 연장하도록 기부(57)에 제공된다.
본 발명에 의하면, 복수의 배치부 모두는 이에 인가된 대체로 균일한 압력으로 세척될 수 있다. 따라서, 복수의 배치부 모두는 단시간에 확실하게 세척될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열 헤드(51)는 생물학적 시료를 보유하기 위한 복수의 용액 저장소부(52)를 더 포함한다. 마이크로배열기 헤드(51)에 있어서, 배치부(53)는 용액 저장소부(52)에 보유된 용액을 기판(3) 상에 배치시키도록 용액 저장소부(52)에 왕래하고, 용액 저장소부(52)는 기부(57)에 부착되고, 세척액을 공급하기 위한 공간(58)은 용액 저장소부(52)와 연통된다.
본 발명에 의하면, 복수의 용액 저장소부의 내부는 모두 이에 인가된 대체로 균일한 압력으로 세척될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열 헤드(51)에 있어서, 배치부(53)는 기부(57) 상에서 가로 및 세로로 배열된다.
예컨대, 협소 파이프형 채널이 배치부에 세척액을 공급하기 위한 채널로 마련되면, 파이프형 채널의 채널 저항이 증가된다. 따라서, 세척액은 일단부측 상에서 배치부 상에 큰 힘으로 분사되고, 분사력은 세척액이 다른 단부로 향함에 따라 약해진다. 최악의 경우에 있어서, 다른 단부 상의 배치부가 충분히 세척되지 않을 가능성이 있다. 세척 작업이 충분히 이루어지지 않는 경우에, 다음 용액이 배치부에 보유되는 경우에 용액이 서로 혼합되는 단점이 발생한다. 본 발명에 의하면, 세척액등을 공급하기 위한 공간이 가로 및 세로 방향으로 배열된 배치부에 걸쳐 연장하므로, 복수의 배치부 모두는 이에 인가된 균일한 압력으로 세척될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열기는 다음과 같이 또한 형성될 수 있다. 즉, 마이크로배열기는 생물학적 시료를 포함하는 용액을 보유하기 위한 용액 저장소부(74)와, 복수의 기판(3)이 배열될 수 있는 가공 테이블(4)과, 용액 저장소부(74)로부터 취한 용액을 용액 저장소부로부터 보유하고 기판 상에 용액의 스폿을 형성하기 위한 용액 보유 유닛(51)과, 보유 유닛(51) 상에서 세척 및 기타 처리를 수행하기 위한 세척 및 기타 처리부(71, 72, 73)와, 기판(3)에 근접하거나 그로부터 멀리 보유 유닛(51)을 이동시키고 보유 유닛(51)이 기판(3) 상에서 스폿을 형성하게 하는 이동 유닛(23, 95)과, 용액 저장소부(74), 가공 테이블(4), 및 세척 및 기타 처리부(71, 72, 73)를 포함하는 영역에 보유 유닛(51)을 이송하고 보유 유닛(51)에 2차원 좌표를 제공하기 위한 이송 유닛(6, 75)을 포함하고, 보유 유닛(51)은 기부(57)와, 기부(57) 상에서 다른 하나와 평행하게 배열되고 그 상부가 기판(3)과 접촉한 상태에서 기판(3) 상에 용액을 배치시키는 복수의 배치부(53)를 가지고, 세척액을 공급하기 위한 공간(58)은 복수의 배치부(53) 모두에 걸쳐 연장하도록 기부(57)에 제공된다.
또한, 전술된 문제점을 해결하기 위해서는, 본 발명자는 스폿 형성을 위한 영역을 위한 마이크로배열 헤드와 세척 및 건조를 위한 영역을 위한 마이크로배열 헤드를 준비하였다. 세척 및 다른 처리는 스폿이 다른 마이크로배열 헤드에 의해 기판 상에 형성되면서 하나의 마이크로배열 헤드 상에서 수행되었다. 그런 후, 구성은 마이크로배열헤드가 스폿을 형성하기 위한 영역과 세척 및 건조를 위한 영역 사이에 반송될 수 있도록 이루어졌다.
즉, 본 발명에 의하면, 생물학적 시료를 포함하는 용액을 보유하기 위한 용액 저장소부(74)와, 복수의 기판(3)이 배열될 수 있는 가공 테이블(4)과, 용액 저장소부(74)로부터 취한 용액을 용액 저장소부로부터 보유하고 기판(3) 상에 용액의 스폿을 형성하기 위한 복수의 용액 보유 유닛(51)과, 보유 유닛(51) 중 하나 상에서 세척 및 기타 처리를 수행하기 위한 세척 및 기타 처리부(71, 72, 73), 용액 저장소부(74), 가공 테이블(4)과, 세척 및 다른 처리부(71, 72, 73)를 포함한 영역에보유 유닛(51)중 하나를 이송하고 보유 유닛(51)에 2차원 좌표를 제공하기 위한 이송 유닛((6, 75)을 포함한다. 마이크로배열기에 있어서, 복수의 보유 유닛(51)이 제공되고, 이송 유닛(6, 75)은 보유 유닛(51)중 하나를 세척 및 기타 처리부 상에 이송하기 위한 제1 이송 유닛(75)과, 보유 유닛(51)중 하나를 가공 테이블 상에 이송하기 위한 제2 이송 유닛(6)을 가지고, 보유 유닛(51)은 제1 이송 유닛(75)과 제2 이송 유닛(6) 사이에 반송된다.
본 발명의 의하면, 세척 및 기타 처리는 제1 이송 유닛에 의해 이송된 하나의 보유 유닛에서 수행될 수 있고 스폿은 제2 이송 유닛에 의해 이송된 다른 보유 유닛에 의해 기판 상에 형성된다. 기판 상에 스폿을 형성하는 작업은 보유 유닛이 제1 이송 유닛과 제2 이송 유닛 사이에 반송되는 순간을 제외하고 연속적으로 유지될 수 있다. 따라서, 마이크로배열은 매우 효율적으로 제공될 수 있다.
부수적으로, 보유 유닛으로, 시스템은 이후의 실시예에서 기술되는 바와 같이 용액을 보유하기 위한 용액 보유부와 용액 보유부로부터 돌출되고 기판 상에 스폿을 배치시키는 배치부(예컨대 핀 또는 니들)에 의해 구성된다. 그러나, 다른 시스템이 채용될 수도 있다. 이러한 다른 시스템의 일예로는 시료가 펜 닙과 같이 서로에 대해 간격을 두고 제공되는 한 쌍의 신장형 부재 사이에 형성된 개방 모세관 패널에 보유되고 신장형 부재상의 전방 단부는 기계적으로 기판에 대항하여 접하게되는 펜 시스템, 잉크 제트 프린터의 원리를 사용하는 잉크 제트 시스템, 모세관 튜브를 사용하는 모세관 시스템을 구비한다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열기는 기판(3)에 근접하거나 그로부터멀리 보유 유닛(51)중 하나를 이동시키고 보유 유닛(51)이 기판 상에서 스폿을 형성하게 하는 이동 유닛(23, 95)을 더 포함하고, 보유 유닛(51)의 각각은 이동 유닛(23, 95)에 제거가능하게 부착된다.
용액을 보유하는 보유 유닛이 기판 상에 용액의 스폿을 형성하도록 기계적으로 기판은 접촉하게 되면, 기판에 근접하거나 그와 멀리 보유 유닛을 이동시키기 위한 이동 유닛을 제공하는 것이 요구된다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열기에 있어서, 제1 이송 유닛(75) 및 제2 이송 유닛(6)은 보유 유닛(51)을 파지하기 위한 복수의 파지부(102)와 복수의 파지부(102)를 선회하기 위한 선회부(100)를 가져서 보유 유닛(51)중 하나는 제1 이송 유닛(75)으로부터 제2 이송 유닛(6)으로 반송될 수 있고 보유 유닛(51)중 하나는 제2 이송 유닛(6)으로부터 제1 이송 유닛(75)으로 반송될 수 있다.
본 발명에 의하면, 보유 유닛은 마이크로배열기상에 남겨지지 않고 제1 이송 유닛과 제2 이송 유닛 사이에 직접 반송될 수 있다. 따라서, 반송 작업은 효율적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열기는 제2 이송 유닛(6)에 의해 지지되는 보유 유닛(51)의 자세 및/또는 위치를 검출하기 위한 검출 유닛(67)과, 제2 이송 유닛(6)에 대해 보유 유닛(51)의 자세 및/또는 위치를 변경하기 위한 자세 변경 유닛(43, 6)과, 검출 유닛(67)에 의해 검출된 보유 유닛(51)의 자세에 의거하여 자세 변경 유닛(43, 6)을 작동시키기 위한 제어 유닛을 더 포함한다.
제2 이송 유닛 상의 보유 유닛이 교체될 때마다, 제2 이송 유닛에 의해 지지되는 보유 유닛의 위치는 다소 변경된다. 기판 상에 용액의 스폿을 정확하게 형성하기 위해서, 보유 유닛의 자세 및/또는 위치는 보유 유닛이 교체되면 교정된다. 본 발명에 의하면, 교체된 보유 유닛은 교체된 보유 유닛의 자세 및/또는 위치와 동일하게 교정될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열기에 있어서, 용액 저장소부(74)는 용액을 보유하기 위한 복수의 용액 보유판(121)과, 용액 보유판(121)을 수납하는 카세트(122)와, 카세트(122)로부터 용액 보유판(121)중 하나를 인출하여 인출된 용액 보유판(121)을 소정의 위치로 이송하기 위한 판 이송 기구(123)를 가진다.
본 발명에 의하면, 판 이송 기구는 다량의 용액 보유판의 배열로부터 필요한 용액 보유판을 인출하여 소정 위치로 인출된 용액 보유판을 이송한다. 이 소정의 위치에 있어서, 용액을 흡입하도록 생물학적 시료의 용액으로 보유 유닛을 침지하기 위한 소위 로드가 수행된다. 따라서, 여러 종류의 생물학적 시료로부터 선택된필수 생물학적 시료의 로드가 자동으로 수행되는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판(3) 상에 생물학적 시료의 용액의 스폿을 배열하기 위한 마이크로배열 공정은 기판(3) 상에 용액의 스폿을 형성하고 기판 상에 생물학적 시료의 용액의 스폿을 형성하기 위한 마이크로배열 헤드(51)를 이송하도록 제2 이송 유닛(6)을 이용하여 용액을 취하여 이를 보유하기 위한 스탬핑 단계와, 마이크로배열 헤드(51)를 이송하도록 제1 이송 유닛(75)을 사용하여 마이크로배열 헤드(51) 상에 세척 및 기타 처리를 수행하는 세척 단계와, 제1 이송 유닛(75)과 제2 이송 유닛(6) 사이에 마이크로배열 헤드(51)를 반송하기 위한 반송단계를 포함하고, 마이크로배열 헤드(51)중 하나는 제1 이송 유닛(75)에 의해 지지되고 다른 것은 제2 이송 유닛(6)에 의해 지지되고, 스탬핑 단계와 세척 단계는 동시에 수행된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로배열기를 도시하는 평면도.
도2는 도1의 선II-II을 따라 취한 마이크로배열기의 정면도.
도3은 도2의 선Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 마이크로배열기의 우측면도.
도4는 도2의 선Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 마이크로배열기의 좌측면도.
도5는 도1의 선Ⅴ-Ⅴ따라 취한 마이크로배열기의 단면도.
도6은 전기 액튜에이터를 도시하는 사시도.
도7a 및 도7b는 척부와 헤드를 도시하는 도면으로, 도7a는 니들(needle)이 상승되는 상태를 도시하고 도7b는 니들이 하강하는 상태를 도시하는 도면.
도8은 헤드의 정면도.
도9는 도8의 선Ⅸ-Ⅸ를 따라 취한 헤드의 우측면도.
도10은 도8의 선Ⅹ-Ⅹ을 따라 취한 헤드의 하부도.
도11은 니들이 용액 저장소 부재로부터 돌출된 상태를 도시하는, 헤드의 정면도.
도12는 용액 저장소 부재와 니들을 도시하는 상세도.
도13a 내지 도13e는 용액 저장소 부재에 보유된 용액이 기판 상에 배치되는방법을 도시하는 공정도.
도14는 용액 저장소 부재와 니들의 다른 일예를 도시하는 상세도.
도15는 건조부를 도시하는 단면도.
도16은 도15의 선XⅥ-XⅥ를 따라 취한 건조부의 평면도.
도17은 도15의 선XⅦ-XⅦ를 따라 취한 건조부의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3: 기판
51 : 헤드
52: 용액 저장소 부재
53 : 니들
57 : 기부
122 : 카세트
이제, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예가 상세히 기술될 것이다.
도1은 본 실시예에 따른 마이크로배열기의 평면도이다. 도2는 도1의 선Ⅱ-Ⅱ에 따라 취한 본 장치의 정면도이다. 도3은 도2의 선Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 본 장치의 우측면도이다. 도4는 도2의 선Ⅳ-Ⅳ을 따라 취한 본 장치의 좌측면도이다. 도5는 도1의 선V-Ⅴ을 따라 취한 장치의 단면도이다.
본 장치에 의하면, 미리 조절된 DNA 조각 또는 올리고뉴클레오티드와 같은 대량의 생물학적 시료들의 용액 스폿들이 유리 슬라이드, 실리콘 등으로 제조된 기판 위에 배열된다. 각 기판은 일반적으로 1 cm2에서 수십 cm2로 측정되고, 수천에서 수십만의 DNA 조각의 스폿이 이 영역에 배열된다. 예컨대, 각각의 스폿들은 수십 미크론에서 수백 미크론의 범위의 직경을 갖는다.
도1에 도시된 바와 같이, 마이크로배열기는 2개의 영역을 가진다. 하나는 생물학적 시료의 용액의 스폿들이 기판 위에 배열될 수 있도록 용액을 보유하고 있는 마이크로배열기 헤드(51, 이후로는 간단히 "헤드"라 칭함)가 기판 위에 스탬핑되는 스탬핑 영역(1)이다. 다른 영역은 스폿 형성을 종결된 헤드(51)가 세척될 수있는 세척 영역이고, 세척된 헤드(51)는 이전 용액과 상이한 종류의 다음 용액을 보유하게 된다. 헤드의 구성은 이후에 기술된다.
먼저, 스탬핑 영역에 대해 기술될 것이다. 대량의 기판(3)은 매트릭스 형태로 가공 테이블(4) 상에 장착된다. 본 실시예에서, 기판(3)은 세로 4줄, 가로 12줄로 배열되어 총 48 구획으로 장착된다. 기판(3)의 개수는 생산될 복제수에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 기판(3)은 유리 슬라이드, 실리콘 등으로 제조되고, 기판(3)의 표면은 생물학적 시료가 기판(3)의 표면에 점착할 수 있도록 표면 처리가 되어 있어 있다.
흡입 구멍은 각각의 기판에 대응하여 가공 테이블(4)에 개방되고, 도시되지 않은 진공 시스템의 도관은 흡입 구멍에 연결된다. 진공 시스템이 작동되면, 기판(3)이 가공 테이블에 고정되도록 공기가 흡입 구멍으로부터 흡입된다.
가공 테이블(4)의 블록에 있어서, 2개의 기판 또는 더미 기판이 마이크로배열기를 시험 생산하기 위한 시험 테이블(5) 상에 장착되도록 시험 테이블이 제공된다. 용액을 보유한 헤드(51)의 니들이 기판(3) 상에 갑자기 스탬핑되면, 용액이 과도하게 점착된 니들은 스탬핑된다. 이 현상을 회피하기 위해, 니들은 니들에 과도하게 점착된 용액이 니들로부터 튀어나가도록 시험 테이블(5) 위의 기판(3)에 스탬핑된다.
헤드(51)를 이송하고, 헤드(51)에 2차원 좌표를 제공하기 위한 2차 이송 장치로서의 XY 2축 이송 기구(6)는 가공 테이블(4) 상에 부착된다. 이 XY 2축 이송 기구(6)는 매우 작은 스폿이 기판(3) 상에서 소정의 위치에 형성될 수 있도록, 예컨대 헤드(51)가 마지막으로 스탬핑된 위치로부터 X방향 또는 Y방향으로 수백 미크론을 이동된 위치 상에 스탬핑될 수 있도록 헤드(51)를 위치설정한다. 또한, XY 2축 이송 기구(6)는 헤드(51)를 수납하기 위해 이후 설명될 반송 위치(104)로 이동하고, 헤드(51)가 스폿 형성이 종결된 후에 헤드(51)를 다시 반송 위치(104)로 이송한다.
도1 및 도4에 도시된 바와 같이, XY 2축 이송 기구(6)는 X축 이송 기구(6X)와 Y축 이송 기구(6Y)로 구성된다. X축 이송 기구(6X)는 세로 고정 프레임(8), 선형 가이드, 테이블(11), 및 선형 모터(12)를 가진다. 고정 프레임(8)은 X축 방향으로 연장하도록 제공된다. 선형 가이드는 X축 방향으로 연장하도록 고정 프레임(8) 상에 장착된 레일(9)과 레일(9)에 대해 이동식으로 일체화되는 슬라이더(10)로 구성된다. 테이블(11)은 선형 가이드에 의해 안내된다. 선형 모터(12)는 테이블(11)을 구동한다. 선형 모터(12)는 X축 방향으로 연장하는 제2 측부로서 자석(12a)과, 자석(12a)에 대향되도록 테이블(11)의 배면에 부착된 제1 측부로서의 코일(12b)로 구성된다. 길이방향 고정 프레임(13)과 선형 가이드가 제공된다. 고정 프레임(13)은 이송 기구(6X)와 고정 프레임(13)과 사이에 기판을 개재하도록 X축 이송 기구(6X)의 대향면상에서 X축 방향으로 연장하도록 제공된다. 선형 가이드는 X축 방향으로 연장하도록 고정 프레임(13) 상에 장착된 레일(14)과 레일(14)에 대해 이동식으로 합체된 슬라이더(15)로 구성된다.
도1 및 도2에서 도시된 바와 같이, Y축 이송 기구(6Y)는 길이방향 이동식 프레임(17), 선형 가이드, 테이블(20) 및 선형 모터(21)로 구성된다. 이동프레임(17)은 슬라이더(15)와, X축 이송 기구(6X)에 의해 구동되는 테이블(15) 사이에서 조립된다. 선형 가이드는 Y축 방향으로 연장하도록 이동식 프레임(17) 상에 장착된 레일(18)과, 레일(18)에 대해 이동식으로 합체된 슬라이더(19)로 구성된다. 테이블(20)은 선형 가이드에 의해 안내된다. 선형 모터(21)는 테이블(20)을 구동한다. 선형 모터(12)는 Y축 방향으로 연장하는 제2측부로서의 자석(21a)과 자석(21a)에 대향되도록 테이블(20)의 배면에 부착된 제1 측부로서의 코일(21b)로 구성된다.
이동 장치로서 Z축 구동 기구(23)는 XY 2축 이송 기구(6) 상에 지지된다. 이 Z축 구동 기구(23)는 X축 및 Y축에 직각인 Z방향 즉, 헤드(51)가 기판(3)에 근접하거나 그로부터 이격되는 방향으로 헤드(51)를 이동시킨다. Z축 구동 기구(23)는 헤드(51) 전체를 상승 및 하강시키기 위한 Z1축 구동 기구(23Z1)와, 헤드(51)의 용액 저장소 부재로부터 니들을 돌출시키는 Z2축 구동 장치(23Z2)를 가진다.
Z1축 구동 장치(23Z1)는 전기 모터와 급송 나사의 사용으로 슬라이더를 이동시키기 위한 전기 엑튜에이터로 구성된다. 도6에 도시되는 바와 같이, 이 전기 액튜에이터는 U형 단면의 고강도 외측 레일(31)과, 슬라이더(32)가 자유롭게 왕복운동을 할 수 있도록 외측 레일(31)에 합체된 슬라이더(32)로 구성된다. 너트는 슬라이더(32)의 중앙에 일체로 제공되고, 복수의 볼(33)은 외부 레일(31)의 내측 플랭크와 슬라이더(32)의 대항 플랭크 사이를 순환하게 제공된다. 전기 엑튜에이터가 슬라이더(32)에 작동하는 임의의 방향에서 전기 액튜에이터는 동률의 부하를 가지므로, 전기 액튜에이터는 헤드(51) 등이 돌출된 슬라이더의 상태에서 헤드(51) 등을 슬라이더에 부착하기 위한 Z축 구동 장치로 적절히 사용될 수 있다..
Z1축 구동 장치(23Z1)를 구성하는 전기 액튜에이터에 대해 자세히 기술 될 것이다. 전기 액튜에이터는 외부 레일(31), 이 외부 레일(31)에 의해 선형 이동식으로 안내되는 슬라이더(32), 나사형성 샤프트를 조이도록 이 슬라이더(32)에 제공되는 너트(35), 및 외부 레일(31)의 길이방향 대향 단부에서 회전가능하게 지지되는 나사형성 샤프트(34)를 가진다. 도시되지 않은 전기 모터는 외부 레일(31)의 일단부에 부착된다. 전기 모터의 출력 샤프트는 조인트를 통해 나사형성 샤프트(34)에 결합된다.
외부 레일(31)은 U형 단면을 가지고 리세스부(31a)가 돌기(36) 사이에 끼워지는 동안 서로 팽해하고 대향되게 연장하도록 외부 레일(31)의 상부에 제공되는 돌기(36)가 제공된다. 홈(37)은 돌기(36)의 전체 길이에 거쳐 연장하도록 돌기(36)의 내부 플랭크에 제공된다. 2개의 볼 레이스(38)는 각 홈(37)의 상부 및 하부 코너부에 형성된다.
슬라이더(32)는 블록 몸체(32a)의 대항 단부면에 부착된 단부 플레이트(32b)로 구성된다. 슬라이더(32)는 외부 레일(31)의 상부 상의 리세스부(31a)에 삽입되고, 구름 요소로서의 볼(33)을 통해 돌기(36) 사이에 유지되도록 지지된다.
볼 레이스(38)에 대항된 외부 레일(31)의 부하 레이스는 블록 몸체(32a)의 대항 플랭크에 제공된다. 볼(33)은 각각 대항된 부하 레이스와 볼 레이스(38) 사이에 구름식으로 끼워진다. 또한, 블록 몸체(32a)에 있어서, 부하 영역에서 구르는 볼을 복귀시키기 위한 여유 구멍은 부하 레이스와 평행하게 형성된다. 또한,블록 몸체(32a)의 대항 측부 상에 제공된 각각의 단부판(32b)에 있어서, 복귀 통로는 부하 영역에서 볼들(33)을 집어 올리고 볼(33)을 다시 부하 영역으로 순환시키도록 제공된다.
나사형성 샤프트(34)를 조이기 위한 너트는 블록 몸체(32a)의 중앙에 제공된다. 나사형성 샤프트(34)에 형성된 나선형 볼 레이스에 대응하는 나선형 부하 레이스는 너트 내에 형성된다. 구름 요소로서의 복수의 볼은 나선형 볼 레이스와 나선형 부하 레이스 사이에서 구름식으로 끼워진다. 부하 영역에서 구르는 볼을 순환시키기 위한 복귀 튜브는 너트에 제공된다.
도1, 도2 및 도5에서 도시된 바와 같이, 테이블(41)은 Z1축 구동 기구(23Z1)의 슬라이더에 부착된다. Z2축 구동 기구(23Z2)는 테이블(41)에 부착된다. Z2축 구동 기구(23Z2)는 Z1축 구동 기구(23Z1)와 유사하게 형성되었지만, Z1축 구동 장치(23Z1) 보다 규모가 작은 전기 액튜에이터로 구성된다. 헤드(51)의 니들을 이동시키기 위한 L형 아암(42)은 Z2축 구동 장치(23Z2)의 슬라이더에 부착된다. L형 아암(42)은 도시되지 않은 공기 실린더에 의해 헤드(51)에 마개 접속할 수 있도록 형성된다(도7 참조). L형 아암(42)의 전단부가 헤드(51)에 마개 접속되고, 마개 접속된 L형 아암(42)이 Z2축 구동 기구(23Z2)에 의해 아래로 이동되는 경우에, 니들은 헤드(51)의 용액 저장소 부재로부터 돌출한다.
헤드(51)의 자세를 변경하기 위한 자세 변경 장치로서 Θ축 회전 장치(43)는 Z1축 구동 기구(23Z1)의 테이블(41)에 부착된다. 이 Θ축 회전 장치는 헤드(51)를 수평면에서 선회시킨다. Θ축 회전 장치(43)는 테이블(41)에 부착된 전기모터(44)와 Z축 둘레에서 회전식으로 테이블(41) 상에 지지되는 대체로 원통형인 척부(45)를 가진다. 척부(45)는 조인트를 통해 전기 모터(44)에 결합된다. 척부(45)는 제거가능하게 헤드(51)를 파지한다.
도7a 및 도7a는 척부(45)와 헤드(51)를 도시한다. 도7a에서 도시된 바와 같이, 헤드(51)에 끼워지는 맞춤 돌출 부분(45a)은 척부(45)의 하부에 형성된다. 클로(claw, 46)는 돌출 부분(45a) 상에서 동일한 같은 간격으로 주변을 둘러싸며 회전식으로 제공된다. 클로(46)는 도시되지 않은 공기 실린더에 의해 회전된다. 척부(45)의 맞춤 돌출 부분(45a)은 헤드(51)의 맞춤 리세스부(51a) 내에 삽입된다. 클로(46)가 측면으로 돌출하도록 동시에 개방되면, 클로(46)는 헤드(51)의 맞춤 리세스부(51a) 상에 제공되는 핀(51b)과 결합된다. 따라서, 척부(45)는 헤드(51)를 파지한다. 이와 반대로, 클로(46)가 내향으로 폐쇄되면, 클로(46)와 핀(51b) 사이의 결합은 해제되고, 헤드(51)는 척부(45)로부터 제거된다. 또한, 복수의 위치결정식 테이퍼 핀(51c)은 헤드(51)가 척(45)에 따라 위치결정될 수 있도록 헤드(51)의 상부 표면에 제공된다.
도7b는 L형 아암(42)의 전방 단부가 헤드(51) 내에 마개 접속된 상태를 도시한다. 마개 접속된 L형 아암(42)이 Z2축 구동 기구(23Z2)에 의해 아래로 이동되면, 니들(53)은 헤드(51)의 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출한다.
도2에 도시된 바와 같이, 헤드(51)의 자세와 위치를 아래로부터 검출하기 위한 검출 유닛으로서의 화상 픽업 요소(67, 예컨대 CCD 카메라)는 가공 테이블(4)에 제공되다. 교체된 헤드(51)는 화상 픽업 요소(67) 위에 먼저 이송된다. 헤드(51)의 자를 지시하는 표시는 헤드(51) 상에 표시된다. 화상 픽업 요소(67)는 이 표시를 검출하다. 화상 픽업 요소(67)에 의해 검출된 헤드(51)의 자세 및 위치에 대한 정보는 제어 유닛으로서 제어기 내로 입력된다. 제어기는 헤드(51)의 자세 및 위치가 헤드(51)가 교체되어도 일정하게 유지되도록 헤드(51)의 자세와 위치에 대한 정보에 기초하여 XY축 이송 기구(6)와 변경 유닛으로서의 Θ축 회전 기구(43)를 작동시킨다.
제어기가 Z축 둘레를 헤드(51)가 회전하도록 Θ축 회전 기구(43)를 작동시키면, 헤드(51)의 자세는 변경된다. 한편, 제어기가 Z축 둘레를 헤드(51)가 회전하도록 XY축 이송 기구(6)를 작동시키면, 헤드(51)의 위치는 변경된다. 이러한 방식으로, 이전 헤드(51)의 위치에 사용되는 헤드(51)는 이전 헤드(51)의 위치와 자세와 동일하도록 교정된다. 따라서, 용액의 스폿은 기판(3) 상에 정확히 형성될 수 있다. 부수적으로, 전기 모터(44)의 회전각을 검출하기 위한 각도 검출 유닛으로서 기능하는 엔코더는 Θ축 회전 기구(43)에 제공된다. 전기 모터의 회전각은 Θ축 회전 기구(43)가 소정의 각도로 회전하기 위해 제어되도록 피드백된다.
또한, 기판 화상 픽업 요소(68, 예컨대 CCD 카메라)와 스폿 화상 픽업 요소(69, 예컨대 CCD 카메라)는 스폿이 기판(3) 상의 소정의 위치에 형성될 수 있도록 XY 2축 이송 기구(6)에 제공된다. 기판 화상 픽업 요소(68)는 가공 테이블(4)에 부착된 기판(3)의 위치를 검출하고, 스폿 화상 픽업 요소(69)는 기판 상에 형성된 스폿의 상태를 검출한다.
도8 및 도9는 보유 유닛으로서의 헤드(51)를 도시한다. 개략적으로는,헤드(51)는 척부(45)에 부착된 원통형 척형부(54)와, 이 척형부(54)의 하부에 고정된 대체로 사각형의 상부판(55), 및 복수의 원주형 지지부(56)를 통해 이 상부판(55)과 결합된 기부로서 대체로 사각형인 하부판(57)을 가진다.
기판(3)에 공급될 용액을 보유하기 위한 용액 저장소부로서의 수용액 저장소 부재(52)는 서로 평행하도록 가로 방향 및 세로 방향으로 하부판(57)에 부착된다. 용액 저장소 부재(52)에 있어서, (핀으로 또한 지칭되는) 니들(53)은 배치부로서 수용된다. 니들(53)은 하부판(57)에 고정된 복수의 니들 부쉬(66)에 의해 안내되어 상/하 방향으로 왕복운동할 수 있게 된다. 본 실시예에 있어서, 가로 12줄 및 세로 4줄로 배열된 총 48개의 용액 저장소 부재(52) 및 총 48개의 니들(53)이 부착된다. 그러나, 용액 저장소 부재(52)의 개수 및 니들(53)의 개수는 당연히 스폿이 동시에 형성될 수 있는 기판(3)에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)은 복수의 니들(53) 모두에 걸쳐 연장하도록 하부판(57)에 제공된다. 그런 후, 도10에 또한 도시된 바와 같이, 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)은 가로 방향 및 세로 방향으로 배열된 용액 저장소 부재(52) 모두와 연통한다.
중간판(59)은 상부판(55) 및 하부판(57) 사이에 제공되어 원주형 지지부에 대해서 상대적으로 활주할 수 있게 된다. 니들 지지판(61)은 결합부(60)를 통해 중간판(59)의 하부면에 고정된다. 복수의 니들(53)은 이 니들 지지판(61)에 의해 지지된다. 니들 지지판(61)의 상부면에 장착될 플랜지(53d)는 니들(53)의 상부에 형성되고 코일 스프링(62)은 플랜지(53d)와 중간판(59) 사이에 각각 개재된다. 코일 스프링(62)은 니들(53)이 기판(3)에 대항하여 인접한 경우에 압축 변형되어, 니들(53)에 의해 기판(3)에 인가된 부하가 조절되게 된다. 또한, 원주형 지지부(56)에 대한 중간판(59)의 활주 운동을 안내하기 위한 부쉬(63)는 중간판에 제공된다. 니들(53)을 다시 용액 저장소 부재(52)로 다시 당기도록 니들(63)을 상승시키기 위한 코일 스프링(64)은 중간판(59)과 하부판(57) 사이에 제공된다.
도11은 니들(53)이 아래로 이동되는 상태를 도시한다. 중간판(59)이 도11에 도시된 바와 같이 아래로 이동하는 경우에, 니들(53)은 중간판(53)과 함께 아래로 또한 이동하여 용액 저장소 부재(52)의 하단부로부터 돌출한다. 니들(52)이 기판(3)에 대항하여 인접하는 경우에, 코일 스프링(62)은 과도한 부하가 니들(53)로부터 기판(3)에 인가되는 것을 방지하도록 압축 변형된다.
각각의 구동 기구에 의한 헤드(51)의 작동에 대해 기술될 것이다. 먼저, 헤드(51)는 XY 2축 이송 기구(6)에 의해 기판(3) 위에서 X방향 및 Y 방향으로 위치된다. 다음, 헤드(51)는 대체로 Z1축 구동 기구(23Z1)에 의해 아래로 이동되어 Z방향으로 기판으로부터 소정의 거리로 위치된다. 다음, Z2축 구동 기구(23Z2)의 L형 아암(42)은 헤드(51)의 중간판(59) 위로 이동된다. L형 아암(42)이 Z2축 구동 기구(23Z2)에 의해 아래로 이동되는 경우에, 중간판(59)은 니들(53)이 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출하도록 L형 아암(42)에 의해 아래로 당겨진다. 이에 반하여, L형 아암(42)이 Z2축 구동 기구(23Z2)에 의해 위로 이동되는 경우에, 중간판(59)은 니들(53)이 용액 저장소 부재(52) 내로 다시 당겨지도록 코일 스프링(64)의 복원력에 의해 상승된다.
도12는 용액을 보유하는 용액 저장 부재(52)와 니들(53)을 도시한다. 용액 저장소 부재(52)는 용액과 니들(53)을 그 테이퍼진 내부 공간에 수납하도록 테이퍼진 관형 형상으로 형성된다. 용액 저장소 부재(52)의 최협소 하부는 니들(53)의 상/하 이동을 안내하도록 또한 기능한다.
니들(53)의 상단부(53a)는 외주연면에 테이퍼진 형상으로 또한 형성된다. 또한, 기판(3)과 접촉하는 니들(53)의 상단면(563b)은 원형 또는 다각형의 평탄면으로 형성된다. 상단부(53a)의 외주연면은 상단부(53a)의 외주연면이 용액을 보유하도록 니들(53)의 직선부(53c) 및 상단부(53b)의 외주연면보다 표면 거칠기에 있어서 보다 거칠게 제조된다. 이 표면 거칠기는 니들(53)이 용액 저장소 부재(52)로부터 소정량만큼 돌출하고 니들(53)의 상단면(53b)이 기판(3)과 접촉하는 경우에 상단면(53b)에 보유된 용액이 용액 저장소 부재(52)의 용액과 연결되도록 설정된다. 또한, 이 표면 거칠기는 연마석에 의해 연마되거나 또는 전기 방전 기계 가공에 의해 형성된다. 예컨대, 연마석으로 연마되는 경우에 있어서, 연마석은 상단부(53a)의 외주연면을 거칠게 하도록 니들(53)의 세로 방향으로 이동된다.
도13a 내지 도13e는 용액 저장소 부재(52)에 보유된 용액을 기판(3) 상에 배치시키기 위한 방법을 도시하는 공정도이다. 도13a 내지 도13e는 니들(53)이 용액 저장소 부재(52)에 대해 상대적으로 Z축 방향(즉, 상/하 방향)으로 이동하는 경우의 용액의 상태를 도시한다.
먼저, 도13a에 도시된 바와 같이, 용액 저장소 부재(52)는 기판(3) 위로 위치된다. 다음, 도13b 및 도13c에 도시된 바와 같이, 니들(53)은 용액 저장소부재(52)에 대해 상대적으로 아래로 점차적으로 이동된다. 다음, 도13d에 도시된 바와 같이, 니들(53)은 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출된다. 이 때에, 용액 저장소 부재(52)의 용액은 용액의 표면 장력에 의해 외부로 견인된다. 그런 후, 니들(53)의 상단면(53b)은 기판(3)과 접촉하게 된다. 니들(53)의 상단면(53b)이 기판에 기계적으로 접촉하는 경우에, 용액은 니들(53)의 상단면(53b)으로부터 기판(3)으로 이동한다. 따라서, 용액은 기판(3) 상에 배치된다. 이 때에, 니들(53)의 상단부 상에 보유된 용액은 용액 저장소 부재(52)의 용액과 연결된다. 그런 후, 니들(53)이 도13e에 도시된 바와 같이 기판(3)으로부터 다시 당겨지면, 용액의 스폿은 기판(3) 상에 형성된다.
이러한 방식으로, 용액 저장소 부재(53)에 보유된 용액과 니들(53)의 상단부 상에 보유된 용액은 서로 합쳐지고, 용액은 용액 저장소(52) 외부로 견인되어 용액의 표면 장력의 사용에 의해 기판(3) 상에 배치된다. 따라서, 기판(3) 상에 배치된 스폿의 크기 및 형상은 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 니들(53)의 외주연면이 거칠게 되면, 니들(53)의 외주연면 상에 보유된 용액량은 안정화된다. 따라서, 기판(3) 상에 배치된 스폿의 크기 및 형상은 보다 안정하게 유지될 수 있다.
도14는 니들(53)의 다른 일예를 도시한다. 본 일예에 있어서, 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출된 니들(53)의 외주연면(53d)의 표면 거칠기는 용액 저장소 부재(52)의 니들(53)의 외주연면(53c)의 표면 거칠기보다 크게 형성된다. 용액 저장소 부재(52)에 보유된 용액과 상이한 종류의 새로운 용액을 보유하기 위해서, 용액 저장소 부재(52)의 내부 및 니들(53)의 외부에 점착되어 있는 용액은 용액 저장소부재(52)가 새로운 용액을 보유하기 전에 세척되어야 한다. 용액 저장소 부재(52)에 위치되고 용액이 정체되는 원인이 아닌 니들(53)의 부분이 그 표면 거칠기가 니들(53)의 돌출부보다 작게 형성되는 경우에, 니들(53)의 외부를 용이하게 세척하게 된다. 또한, 니들(53)이 용액 저장소 부재(52)에서 활주하면서 왕복운동할 때, 니들(53)은 원활하게 왕복운동한다.
다음, 세척 영역에 대해 기술될 것이다. 이 세척 영역에 있어서, 스폿 형성을 종결한 헤드(51)는 초음파 세척된 후, 헹구어 지고, 그런 후 건조된다. 세척된 헤드(51)는 생물학적 시료의 새로운 용액 또는 다음 용액을 보유한다.
도1에 도시된 바와 같이, 세척 테이블(96) 상에는, 헤드(51)를 초음파 세척하기 위한 세척 및 기타 처리 부분으로서의 초음파 세척부(71), 헤드(51)를 헹구어 내기 위한 세척 및 기타 처리부로서의 헹굼부(72), 헤드(51)를 건조하기 위한 건조부(73), 및 생물학적 시료를 구비한 용액을 보존하기 위한 용액 저장소부(74)가 제공된다. 또한, 세척 테이블(96) 상에는, 초음파 세척부(71), 헹굼부(72), 건조부(73), 및 용액 저장소부(74) 사이에서 헤드(51)를 이송하고 헤드(51)에 대해 2차원 좌표를 제공하기 위한 제1 이송 유닛으로서의 XY 2축 이송 기구(75)가 제공된다.
XY 2축 이송 기구(75)는 X축 이송 기구(75X)와 Y축 이송 기구(75Y)에 의해 구성된다.
도1 및 도3에 도시된 바와 같이, X축 이송 기구(75X)는 종방향 고정 프레임(81), 선형 안내부, 테이블(84), 및 급송 스크류(85)를 가진다. 고정 프레임(81)은 X축 방향으로 연장하도록 제공된다. 선형 안내부는 X축 방향으로 연장하도록 고정 프레임(81) 상에 장착된 레일(82)과 레일(82)에 대해 이동식으로 설정한 슬라이더(83)로 구성된다. 테이블(84)은 성형 가이드에 의해 안내된다. 급송 스크류(85)는 테이블(84)을 구동한다. 급송 스크류(85)는 테이블(84)의 하면에 부착되는 볼 스크류 너트, 볼 스크류 너트에 조여지고 X축 방향으로 연장되는 스크류 샤프트(85a), 및 이 스크류 샤프트(85a)를 회전시키기 위한 전기 모터(86)로 구성된다. 스크류 샤프트(85a) 및 전기 모터(86)는 감기 커넥터(wrapping connector)를 통해 상호 결합된다.
Y축 이송 기구(75Y)는 길이방향 이동식 프레임(87), 선형 안내부, 테이블(90), 및 급송 스크류(91)를 가진다. 이동식 프레임(87)은 X축 이송 기구(75X)에 의해 구동된 테이블(84)에 고정된다. 선형 안내부는 Y축 방향으로 연장하도록 이동식 프레임(87) 상에 장착된 레일(88)과 레일(88)에 대해 이동식으로 합체된 슬라이더(89)로 구성된다. 테이블(90)은 선형 안내부에 의해 안내된다. 급송 스크류(91)는 테이블(90)을 구동한다. 급송 스크류(91)는 테이블(90)의 하면에 부착된 볼 스크류 너트, Y축 방향으로 연장되도록 볼 스크류 너트에 조여지는 스크류 샤프트(91a), 및 이 스크류 샤프트(91a)를 회전시키기 위한 전기 모터(92)로 구성된다. 스크류 샤프트(91) 및 전기 모터(92)는 감기 커넥터를 통해 상호 결합된다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 이동 유닛으로서의 Z축 구동 기구(95)는 XY 2축 이송 기구(75)에 부착된다. Z축 구동 기구(95)는 X축 및 Y축에 수직인 Z축,즉 세척 테이블(96)에 수직인 방향으로 헤드(51)를 이동시킨다. Z방향 구동 기구(95)는 스탬핑 영역의 Z축 구동 기구(23)와 동일한 방식으로 Z1축 구동 기구(95Z1) 및 Z2축 구동 기구(95Z2)를 가진다. 따라서, 니들(53)은 초음파 세척부(71), 헹굼부(72), 건조부(73), 및 용액 저장소부(74) 사이의 임의의 위치에서 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출될 수 있다.
Z1축 구동 기구(95Z1)는 스탬핑 영역의 Z1축 구동 기구(23Z1)와 동일한 방식으로 급송 스크류 및 전기 모터를 사용하여 블록을 이동시키기 위한 전기 액튜에이터로 구성된다. 도6에 도시된 바와 같이, 이 전기 액튜에이터는 슬라이더(32)가 자유롭게 왕복운동할 수 있도록 단면이 U형인 고강도 외부 레일(31)과, 외부 레일(31)에 합체된 슬라이더(32)를 가진다. 너트는 슬라이더(32)의 중앙에 일체로 제공되고, 복수의 볼(33)은 슬라이더(32)의 대향된 플랭크와 외부 레일(31)의 내부 플랭크 사이에서 순환하도록 제공된다. 이 전기 액튜에이터는 슬라이더(32) 상에서 작동하는 임의의 방향으로 동률의 부하를 가지므로, 전기 액튜에이터는 헤드등이 돌출하고 있는 상태에서 슬라이더에 헤드 등을 부착하기 위한 Z축 구동 기구로서 적절하게 사용될 수 있다.
Z2축 구동 기구(95Z2)는 Z1축 구동 기구(95Z1)의 테이블(97)에 부착된다. Z2축 구동 기구(95Z2)는 Z1축 구동 기구(95Z1)의 구성과 유사한 전기 액튜에이터로 구성되지만, Z1축 구동 기구(95Z1)보다 크기가 작게 제조된다. 헤드(51)의 니들(53)을 상/하로 이동시키기 위한 L형 아암(99)은 Z2축 구동 기구(95Z2)의 테이블(98)에 부착된다. L형 아암(99)은 도시되지 않은 공기 실린더에 의해 헤드(51)내로 마개 접속(plugged)되도록 형성된다. L형 아암(99)의 전방 단부는 헤드 내로 마개 접속되고, 마개 접속식 L형 아암(99)은 Z2축 구동 기구(95Z2)에 의해 아래로 이동되는 경우에, 니들(53)은 헤드(51)의 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출한다.
또한, 선회부로서의 선회 모터(slewing motor, 100)는 Z1축 구동 기구(95Z1)의 테이블(97)에 부착된다. 수평면을 선회하는 디스크(101)는 선회 모터(100)의 출력 샤프트에 부착된다. 헤드(51)를 파지할 수 있는 파지부로서의 한 쌍의 클램프(101)는 상호 180도의 간격으로 디스크(101)의 하면에 부착된다. 클램프(102)는 헤드(51)의 외주연부에 형성된 평탄부(103, 도8 및 도9 참조)를 클램핑하도록 도시되지 않은 공기 실린더 등에 의해 개/폐된다.
세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)에 의해 이송된 헤드(51)는 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)에 의해 이송되는 헤드의 구성과 동일하다. 따라서, 동일한 부분은 이에 대응하여 참조되며, 따라서 이에 대한 기술을 생략될 것이다.
선회 모터(100)는 헤드(51)가 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)로부터 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)로 반송되고 다른 헤드(51)가 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)로부터 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)로 반송되도록 매회 180도로 선회한다.
구체적으로는, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 스폿 형성을 종결한 헤드(51)는 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)에 의해 반송 위치(104)로 먼저 이송된다. 한편, 새로운 용액을 보유한 헤드(51)는 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)에 의해 대기 위치(105)로 이송된다. 대기 위치(105)는 반송 위치(104)로부터 180도만큼 이동된다. 이 때에, 임의의 헤드를 파지하지 않은 빈 클램프는 반송 위치(104)에 위치된다. 다음, 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)의 클램프(102)는 스폿 형성을 종결하고 반송 위치(104)로 이송되는 헤드(51)를 파지한다. 따라서, 헤드는 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)로부터 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)로 반송된다. 다음, 선회 모터(100)는 새로운 용액을 보유한 헤드(51)가 반송 위치(104)에 배치되면서 스폿 형성을 종결한 헤드(51)가 대기 위치(105)에 배치되도록 180도만큼 디스크(101)를 선회시킨다. 다음, 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)의 척부(45)는 새로운 용액을 보유한 헤드(51)를 파지한다. 따라서, 헤드는 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)로부터 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)로 반송된다.
헤드는 이러한 방식으로 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)와 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75) 사이에서 반송될 수 있으므로, 세척 및 기타 처리는 스폿이 다른 헤드(51)에 의해 기판(3) 상에 형성되는 동안 하나의 헤드(51) 상에서 수행될 수 있다. 기판 상의 스폿 형성 작업은 헤드(51)가 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)와 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75) 사이에서 반송되는 순간을 제외하고 연속적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 마이크로배열은 매우 효율적으로 제공될 수 있다. 또한, 헤드(51)는 장치 위에 남겨지지 않고 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)와 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75) 사이로 직접 반송된다. 따라서, 반송 작업은 필요없는 대기 시간을 생성하지 않고 보다 효율적으로 수행될 수 있다.
부수적으로, 클램프쌍(102) 및 선회 모터(100)는 상기 실시예에서 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)의 측부에 제공되지만, 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)의 측부에 제공될 수도 있다. 또한, 다소의 대기 시간이 허용된다면, 턴 테이블은 헤드(51)가 이 턴 테이블을 통해 반송되도록 장치 상에 제공될 수도 있다.
스폿 형성이 종결된 헤드는 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)에 의해 초음파 세척부(71)에 이송된다. 초음파 세척부(71)에 있어서, 용액 저장소 부재(52)는 용액 저장소 부재(52)의 외부가 세척되도록 초음파 진동으로 인가된 순수에 침지된다. 부수적으로, 초음파 세척부(71)에 있어서, 니들(53)의 외부는 또한 니들(53)이 용액 저장소 부재(52)로부터 돌출된 상태에서 세척되는 것이 바람직하다.
초음파 세척된 헤드(51)는 XY 2축 이송 기구(75)애 의해 헹굼부(72)로 이송된다. 헹굼부(72)는 용액 저장소 부재(52)의 내부 및 외부와 니들(53)의 외부를 헹군다.
헤드(51)는 초순수가 세척액으로 저장되는 순수 탱크에 설정되어, 용액 저장소 부재(52)는 초순수에 침지된다. 따라서, 용액 저장소 부재(52)의 외부는 세척된다. 또한, 헤드(51)가 순수 탱크에 설정된 경우에, 순수 탱크에 공급된 순수 공급 파이프(108, 도8 참조)는 순수 공급 파이프(108)가 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)과 연통하도록 헤드(51)에 연결된다. 도8에 도시된 바와 같이, 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)은 용액 저장소 부재(52)의 후방 단부에 대응하여 헤드(51)의 하부판(57)에 제공된다. 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)은 각각의 용액 저장소 부재(52)에 걸쳐 연장하는 단일의 넓은 공간으로서 형성된다. 압축된순수가 순수 공급 파이프(108)로부터 공급되는 경우에, 순수는 이 단일 공간에서분사된다. 단일 공간에 충전된 순수는 각각의 용액 저장소 부재(52)에 공급된다.
용액 저장소 부재(52)를 세척함으로써, 용액 저장소 부재(52)의 내부에 압력을 인가하는 동안, 예컨대 용액이 연수되고 이에 인가된 압력이 제거되는 경우와 비교하여 세척 시간이 단축될 수 있다. 또한, 단일 공간은 복수의 용액 저장소 부재(52)에 걸쳐 형성되므로, 복수의 용액 저장소 부재(52) 내로의 순수의 압력 손실은 감소되고, 압력 손실은 각각의 용액 저장소 부재(52) 사이에서 대체로 균일해 진다. 따라서, 복수의 용액 저장소 부재(52)의 내부 및 복수의 니들(53)의 외부는 이에 인가된 대체로 균일한 압력으로 세척될 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 헹궈진 헤드(51)는 XY 2축 이송 기구(75)에 의해 건조부(73)로 이송된다. 건조부(73)에 있어서, 용액 저장소 부재(52)의 내부 및 외부와 니들(53)의 외부는 건조된다.
도15 내지 도17은 건조부(73)를 도시한다. 건조부(73)는 그 상부가 개방된 대체로 사각형의 평행파이프형 건조 탱크(111)를 가진다. 헤드(51)는 건조 탱크(111)의 상부가 헤드(51)의 하부판(57)에 의해 폐쇄되도록 건조 탱크(111)의 상부 공간에 설정된다. 건조 탱크(111)의 2개의 대향된 벽(111a) 상에는, 벽면에 대해 경사지게 압축된 공기를 분출하기 위한 복수의 노즐(112)이 제공된다. 각 노즐(112)은 수평 방향에 대해 다소 하향으로 공기를 분출한다. 평면 상에서, 대향된 벽(111a)의 벽면이 각각의 노즐(112)로부터 분출된 공기의 방향을 교차하는 각도(α)는 약 45도이다. 또한, 노즐(112)은 용액 저장소 부재에 대해 대칭으로 배치된다
공기 공급 채널(113)은 노즐(112)에 연결된다. 노즐(112) 및 공기 공급 채널(113)은 2개의 플라스틱 보드(114, 115)를 함께 구성하도록 형성된다. 공기 공급 채널(113)은 단면이 대체로 반원 형상을 가지고 외부 보드(114)를 따라 연장하도록 외측 보드(114)에 형성된다. 내측 보드(115)에 있어서, 구멍은 노즐(112)을 형성하도록 보드(115)에 대해 경사지게 형성된다. 외측 보드(114) 및 내측 보드(115)가 함께 구성되는 경우에, 노즐(112)과 공기 공급 채널(113)이 형성된다.
또한, 공기 출구(116)는 공기 흐름의 하류측 상에서 대향벽(111a)을 교차하는 벽(111b)에 제공된다. 건조 탱크(11)의 하부에 있어서, 배수 포트(117)는 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)로부터 제거된 미미한 세척액를 배수하도록 제공된다. 건조 탱크(111)에 있어서, 공기 파이프 장치(118)는 용액 저장소 부재(52)의 내부를 건조시키도록 제공된다. 헤드(51)가 건조 탱크(11)에 설정되는 경우에, 공기 파이프 장치(118)는 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)과 연통한다(도8 참조). 세척액등을 공급하기 위한 공간(58)은 복수의 용액 저장소 부재(52)에 걸쳐 연장하는 단일의 넓은 공간으로서 형성되므로, 건조 공기는 압축 공기가 공기 파이프 장치(118)로부터 공급되는 경우에 세척액을 공급하기 위한 공간(58)을 통해 각각의 용액 저장소 부재(52)의 내부에 공급된다.
분출된 공기의 흐름은 대향된 벽(111a)의 벽면에 경사지게 제공되고 공기 출구(116)는 흐름의 하류측 상에 제공되므로, 건조 탱크(111) 내로 방향성을 갖는 공기 흐름이 생성된다. 그 결과, 공기에 의해 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)의표면 외부로 나가는 용액과 혼합되는 모든 세척액은 건조 탱크(11)의 외측으로 배수되도록 흐름이 계속된다. 따라서, 세척액이 재부착되는 것이 방지된다.
이에 반하여, 공기 출구(116)가 전혀 제공되지 않고 공기가 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)에 대항하여 불면, 잔여 세척액이 용액 저장소 부재(52) 또는 니들(53)에 재점착될 수도 있도록 공기와 함께 날린 잔여 세척액은 건조 탱크(111)등의 벽면으로부터 튈 것이다. 생성된 재점착은 효율적인 건조 작업에 장애를 줄뿐만 아니라 새로운 용액이 재부착된 세척액과 혼합될 수도 있다는 염려를 유발할 것이다.
또한, 헤드(51)에 있어서, 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)은 상호 평행하게 가로 및 세로 방향으로 배열된다. 분출된 공기의 흐름이 대향된 벽(111a)의 벽면에 경사지게 형성되는 경우에, 공기는 흐름이 벽면과 직각을 이루는 경우와 비교하여 벽면으로부터 보이는 그림자에 있는 부분에 도달하는 것이 용이해질 것이다. 따라서, 복수의 용액 저장소 부재(52)와 복수의 니들(53)은 균일하게 건조될 수 있다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 건조된 헤드(51)는 XY 2방향 이송 기구(75)에 의해 용액 저장소부(74)에 이송된다. 용액 저장소부(74)는 용액을 보유하기 위한 용액 보유판으로서 복수의 경사판(121)을 수납하는 카세트(122)와, 경사판(121)을 카세트(122)로부터 인출하고 인출된 경사판(121)을 로드 위치(132)로 이송하기 위한 판 이송 기구(123)를 가진다. 이 용액 저장소부(74)에 있어서, 새로운 생물학적 시료의 용액은 세척되는 헤드(51) 내로 충전된다. 용액을 흡입하도록헤드(51)가 용액에 침지되는 작동을 "로드(load)"라 한다.
복수(예컨대 384개)의 리세스부는 각 경사판(121)에 배열되고 생물학적 시료의 용액은 이 리세스부에 보유된다. 예컨대, 헤드가 48개의 용액 보유 부재를 가지는 경우에, 8회 로드가 하나의 경사판에서 수행된다. 동일한 종류의 용액은 복수의 리세스부 내로 충전될 수도 있고, 다른 종류의 용액은 그 내부에 충전될 수도 있다.
복수(예컨대 10개)의 경사판(121)은 Z축 방향(즉, 상/하 방향)으로 동일한 간격으로 카세트(122)에 수납된다. 2개의 카세트(122)는 세척 테이블(96)의 상부 및 하부에 제공된다. 따라서, 전체 20개의 경사판(121)은 본 장치에 수납된다. 각 카세트(122)에 있어서, 경사판(121)을 내부 및 외부에서 취하기 위한 개구는 이송 기구(123)측 상에 형성된다. 또한, 사람의 손에 의해 파지될 그립(125)은 각 카세트(122)의 상부 상에 제공된다.
각 카세트(122)는 장치에 활주가능하게 부착된 카세트 지지 테이블(124) 상에 장착된다. 카세트(122)는 카세트 지지 테이블(124)을 수동으로 당기고, 카세트 지지 테이블(124) 상에 카세트(122)를 장착하고, 그 원래 위치에 다시 카세트 지지 테이블(124)을 수동으로 가져다 놓음으로써 장치에 합체된다.
판 이송 기구(123)는 Z축 구동 기구(123Z), Y축 구동 기구(123Y), 및 X축 구동 기구(123X)로 구성된다. Z축 구동 기구(123Z)는 급송 스크류와 전기 모터를 사용하여 슬라이더를 이동시키기 위한 전기 액튜에이터와 동일한 구성을 가진다. Z축 구동 기구(123Z)는 경사판(121)을 지지하는 지지판(126)을 최상위 경사판(121)과 최하위 경사판(121) 사이에서 수직으로 이동시킨다.
X축 구동 기구(123X)는 Z축 구동 기구(123Z)의 테이블(127)에 부착된다. 이 X축 구동 기구(123X)는 소위 무부하 실린더로 구성된다. 무부하 실린더는 X축 방향으로 연장하는 트랙 레일(128)과 트랙 레일(128) 상에서 활주할 수 있는 테이블(129)을 가진다. 무부하 실린더는 X축 방향으로 테이블(129)을 이동시키도록 구동원으로서 공기를 사용한다. 테이블(129)을 위치설정하기 위한 스톱퍼는 트랙 레일(128)의 양단부에 제공된다.
Y축 구동 기구(123Y)는 X축 구동 기구(123X)의 테이블(129)에 부착된다. 이 Y축 구동 기구(123Y)는 테이블(130)을 Y축 방향의 2개의 위치로 위치설정하면서 Y축 방향으로 테이블(130)을 이동시키는 소위 무부하 실린더로 또한 구성된다. 경사판(121)을 지지하기 위한 지지판(126)은 Y축 방향 구동 기구(123Y)의 테이블(130)에 부착된다.
또한, 경사판(121) 상에 있는 커버를 제거하기 위한 흡입기(131)는 테이블(130)에 부착된다. 각 경사판(121)은 용액의 수분이 증발되는 것을 막기 위한 커버로 덮인다. 이 커버는 로드 시에 장애가 되므로, 커버는 흡입기(131) 상에서 흡입되어 전기 액튜에이터와 같은 도시되지 않은 이동 기구에 의해 상향으로 왕래한다.
복수의 경사판(121)으로부터 의도된 경사판(121)을 인출하기 위한 판 이송 부재(123)의 작동에 대해 기술될 것이다.
먼저, 판 이송 부재(123)는 지지판(126)이 의도된 경사판(121)의 다소 아래에 위치되도록 Z축 방향으로 지지판(126)을 이동시키기 위해 Z축 구동 기구(123Z)를 사용한다. 다음, X축 구동 기구(123X)는 지지판(126)을 카세트(122) 내로 삽입하도록 구동된다. 다음, Z축 구동 기구(123Z)는 경사판(121)을 상승시키도록 다소 아래로 지지판(126)을 이동시키기 위해 다시 구동된다. 그런 후, X축 구동 기구(123X)는 카세트(122)로부터 경사판(121)을 인출하도록 다시 구동된다. 그런 후, 경사판(121)은 로드 위치(132)로 이송된다. 부수적으로, 이러한 이송 기구의 작동은 도시되지 않은 제어기에 의해 수행된다.
경사판(121)이 로드 위치(132)로 이송된 후에, 세척되고 건조된 헤드(51)는 2차원 이송 기구(75)에 의해 로드 위치로 또한 이송된다. 이 로드 위치(75)에 있어서, 용액 저장소 부재(52)는 용액을 흡입하도록 생물학적 시료의 용액에 침지된다.
용액을 흡입하기 위한 방법에 대해 기술될 것이다. 먼저, 용액 저장소 부재(52)는 용액 저장소 부재(52)의 상단부가 용액에 침지되도록 경사판(121)의 리세스부 내로 마개 접속된다. 다음, 용액 저장소 부재(52)의 위치가 고정되는 동안 니들(53)이 위로 이동하는 경우에, 용액은 용액 저장소 부재(52)가 용액으로 충전되도록 니들(53)의 상승과 함께 위로 견인된다. 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)이 이러한 상태로 상승되는 경우에, 용액 저장소 부재(52) 내로 충전된 용액은 이미 보유된다.
헤드 장소(135)는 세척 테이블(96) 상에 제공된다. 헤드(51)는 이 헤드 장소(135) 상에 먼저 배치된다. 장치의 작동은 XY 2축 이송 기구(75)가 헤드장소(135) 상에 배치된 헤드(50)를 향해 가도록 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)에서 시작된다.
다음, 본 발명에 의한 마이크로배열기의 전체 작동이 마이크로배열을 제공하기 위한 순서에 따라 기술될 것이다. 부수적으로, 다음 단계에 있어서, 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6) 및 Z축 구동 기구(23)와, 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75) 및 Z축 구동 기구(95)는 헤드(51)가 소정의 위치에 연속적으로 위치되도록 적절하게 작동된다. 이러한 제어는 도시되지 않은 제어기에 의해 실행된다.
먼저, 이전 단계로서, 복수의 기판(3)은 스탬핑 영역에 배열되고, 진공 시스템은 기판(3)을 흡입 및 고정시키도록 조작된다. 시험 및 더미(dummy) 기판 상에 마이크로배열을 형성하기 위한 기판은 시험 테이블(5) 상에 고정된다. 한편, 복수의 경사판(121)은 세척 영역의 용액 저장소부(74)의 카세트(122)에 수납된다. 예컨대, 여러 종류의 DNA 조각의 용액은 경사판(121)의 각각의 리세스부 내에 놓인다.
다음, 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(6)는 헤드 장소(135) 상에 배치된 헤드(51)에 향한다. 이제, 클램프쌍중 하나의 클램프(102)만이 헤드(51)를 파지한다.
다음, XY 2축 이송 기구(75)는 로드 위치(132)에 파지된 헤드(51)를 이송한다. 이제, 용액 저장소 부재(52) 내로 용액을 흡입하기 위한 로드 단계가 수행된다. 판 이송 기구(123)는 헤드(51)가 로드 위치(132)로 이송되기 전에 소정의 용액을 갖는 경사판(121)을 로드 위치(132)로 이송한다. XY 2축 이송 기구(75)가 로드 위치(132)에 파지된 헤드(51)를 이송시킨 후에, 세척 영역의 Z축 구동 기구(123Z)는 용액 저장소 부재(52)가 용액을 흡입하게 하도록 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)을 상승 및 하강시킨다.
다음, 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)는 반송 위치(104)에 용액을 보유하는 헤드를 이송한다.
다음, 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)는 반송 위치(104)에 빈 척부(45)를 이송시킨다. 그런 후, 스탬핑 영역의 Z1축 구동 기구(45)는 용액을 보유하는 헤드가 척부(45)에 의해 파지되도록 척부(45) 아래로 이동한다. 따라서, 헤드는 세척 영역의 XY 2축 이송 기구(75)로부터 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)로 반송된다.
다음, 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)는 시험 테이블(5) 상에 헤드(51)를 이송한다. 니들(53)에 점착된 용액량을 조절하기 위한 시험 단계는 이 시험 테이블(5)에서 수행된다. 시험 단계에 있어서, 스탬핑 영역의 Z축 구동 기구는 니들(53)에 과도하게 점착된 용액이 니들(53)에서 털어지도록 기판(3) 상에 니들(53)을 스탬핑한다.
시험 단계의 완료 후에, 스폿을 형성하기 위한 스탬핑 단계가 수행된다. 이 스탬핑 단계에 있어서, 먼저 스탬핑 영역의 XY 2축 이송 기구(6)는 기판(3) 상의 스폿 형성 위치에 헤드(51)를 이동시킨다. 그런 후, 스탬핑 영역의 Z1축 구동 기구(23Z1)는 헤드(51)를 기판(3)의 다소 위에 위치시키도록 헤드(51) 아래로 이동한다. 다음, 스탬핑 영역의 Z2축 구동 기구(23Z2)는 용액 저장소 부재(3)로부터 니들(53)을 돌출시키고 기판(3) 상에 니들(53)을 스탬핑한다.
스폿이 소정의 기판 상에 형성된 후에, 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구는 헤드를 다음 기판으로 이동시킨다. 그런 후, 스탬핑 단계가 다시 반복된다.
스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)가 스탬핑 단계를 반복하는 동안, 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)는 헤드 장소(135) 상에 위치된 남은 헤드(51)를 파지하여 헤드(51)를 로드 위치(132)로 이송한다. 이 로드 위치(132)에 있어서, 용액 저장소 부재(52) 내로 용액을 흡입하기 위한 로드 단계가 수행된다. 그런 후, 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)는 대기 위치(105)로 용액을 보유하는 헤드(51)를 이송한다. 이 때에, 헤드를 파지하지 않은 빈 클램프(102)는 반송 위치(104)에 위치된다.
스폿이 가공 테이블(4) 상의 모든 기판(3) 상에 형성된 후에, 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)는 스폿 형성이 종결된 헤드를 반송 위치(104)로 이송한다. 그런 후, 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)와 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)에 의해 파지된 헤드(51)는 서로에 대해 반송된다.
이 반송 단계에 대해 기술될 것이다. 먼저, 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)에 제공된 빈 클램프(102)는 스폿 형성을 종결하고 반송 위치(104)에 이송된 헤드(51)를 파지한다. 따라서, 스폿 형성이 종결된 헤드(51)는 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)로부터 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)로 반송된다. 다음, 선회 모터(100)는 새로운 용액을 보유하는 헤드(51)를 반송 위치(104)로 위치설정하면서 스폿 형성이 종결된 헤드(51)를 대기 위치로 위치설정한다. 다음, 스탬핑영역의 XY 2축 구동 기구(6)에 제공된 척부(45)는 새로운 용액을 보유한 헤드(51)를 파지한다. 따라서, 헤드(51)는 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)로부터 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)로 반송된다.
XY 2축 구동 기구(6)가 반송 단계를 종료한 후에 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)는 헤드(51)를 다시 기판 상에 이송한다. 그런 후, 시험 단계와 스탬핑 단계가 수행된다.
XY 2축 구동 기구(75)가 반송 단계를 종료한 후에 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)는 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)가 시험 단계와 스탬핑 단계를 수행하는 시간과 동시에 세척 단계를 수행한다. 이 세척 단계에 있어서, 먼저 스폿 형성이 종결된 헤드(51)는 용액 저장소 부재(52)의 외부가 초음파 세척되도록 초음파 세척부(71)로 이송된다. 그런 후, 헤드(51)는 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)의 내부 및 외부가 헹궈지도록 헹굼부(72)로 이송된다. 그런 후에, 헤드(51)는 용액 저장소 부재(52)와 니들(53)이 건조되도록 건조부(73)로 이송된다.
세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)는 로드 위치(132)로 세척된 헤드(51)를 다시 이송한다. 이 로드 위치에 있어서, 새로운 용액을 헹궈진 헤드(51) 내로 흡입하기 위한 로드 단계는 다시 수행된다.
이어서, 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)는 헤드 반송 단계, 시험 단계 및 스탬핑 단계를 연속적으로 수행한다. 한편, 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)는 헤드 반송 단계, 세척 단계 및 로드 단계를 연속적으로 수행한다.
이러한 방식으로, 스탬핑 영역의 XY 2축 구동 기구(6)에 의해 이송된 하나의헤드(51)는 기판(3) 상에 스폿을 형성하고, 세척 영역의 XY 2축 구동 기구(75)에 의해 이송된 다른 헤드(51)는 세척 및 건조된다. 따라서, 기판(3) 상에 스폿을 형성하기 위한 스탬핑 단계를 연속적으로 유지하는 것이 가능하며 매우 효율적으로 마이크로배열을 제공하는 것이 가능해진다.
부수적으로, 실시예는 보유 유닛(헤드)에 니들과 용액 저장소 부재가 제공되는 경우를 도시한다. 그러나, 니들만을 갖는 보유 유닛이 채택될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 마이크로배열 헤드는 기부와, 기부 상에서 다른 하나와 평행하게 배열된 복수의 배치부로 구성되고, 세척액등을 공급하기 위한 넓은 공간은 복수의 배치부에 걸쳐 연장하도록 제공된다. 따라서, 모든 복수의 배치부는 이에 인가된 대체로 균일한 압력으로 세척될 수 있다. 따라서, 단시간에 복수의 배치부 모두를 세척하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 마이크로배열 헤드는 스폿 형성을 위한 영역과 세척 및 건조를 위한 영역에 각각 마련되어, 마이크로배열 헤드는 스폿 형성을 위한 영역과 세척 및 건조를 위한 영역 사이에 반송된다. 따라서, 세척 및 기타 처리는 스폿이 제2 이송 유닛에 의해 이송된 다른 마이크로배열 헤드에 의해 기판 상에 형성되는 동안 제1 이송 유닛에 의해 이송된 마이크로배열 헤드 상에서 수행될 수 있다. 기판 상에 스폿을 형성하기 위한 작업은 보유 유닛이 제1 반송 유닛과 제2 반송 유닛 사이에 반송되는 순간을 제외하고는 연속적으로 유지될 수 있으므로, 마이크로배열은 매우 효율적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법에 의하면, 기판 상에 스폿을 배치시키기 위한 복수의 배치부가 확실하게 세척될 수 있고 스폿 형성 작업과, 마이크로배열 헤드의 세척 및 건조 작업이 동시에 수행될 수 있어 마이크로배열이 매우 효율적으로 수행될 수 있다.

Claims (10)

  1. 생물학적 시료를 포함한 용액을 보유하고 기판 상에 상기 용액의 스폿을 형성하기 위한 마이크로배열 헤드에 있어서,
    기부와, 상기 기부 상에서 다른 하나와 평행하게 배열되고 그 상단부가 상기 기판과 접촉한 상태에서 상기 기판 상에 상기 용액을 배치시키는 복수의 배치부를 포함하고,
    세척액을 공급하기 위한 공간은 상기 복수의 배치부 모두에 걸쳐 연장하도록 상기 기부에 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로배열 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 시료를 구비하는 상기 용액을 보유하기 위한 복수의 용액 저장소부를 더 포함하고, 상기 배치부는 상기 용액 저장소부에 보유된 상기 용액을 상기 기판 상에 배치시키도록 상기 용액 저장소부에 왕래하고, 상기 용액 저장소부는 상기 기부에 부착되고, 세척액을 공급하기 위한 상기 공간은 상기 용액 저장소부와 연통하는 것을 특징으로 하는 마이크로배열 헤드,
  3. 제1항에 있어서, 상기 배치부는 상기 기부 상에서 가로 및 세로로 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로배열 헤드.
  4. 생물학적 시료를 포함하는 용액을 보유하기 위한 용액 저장소부와,
    복수의 기판이 배열될 수 있는 가공 테이블과,
    상기 용액 저장소부로부터 취한 용액을 보유하고 상기 기판 상에 상기 용액의 스폿을 형성하기 위한 용액 보유 유닛과,
    상기 보유 유닛 상에서 세척 및 기타 처리를 수행하기 위한 세척 및 기타 처리부와,
    상기 기판에 근접하거나 그로부터 멀리 상기 보유 유닛을 이동시키고 상기 보유 유닛이 상기 기판 상에서 스폿을 형성하게 하는 이동 유닛과,
    상기 용액 저장소부, 상기 가공 테이블, 및 상기 세척 및 기타 처리부를 포함하는 영역에 상기 보유 유닛을 이송하고 상기 보유 유닛에 2차원 좌표를 제공하기 위한 이송 유닛을 포함하고,
    상기 보유 유닛은 기부와, 상기 기부 상에서 다른 하나와 평행하게 배열되고 그 상부가 상기 기판과 접촉한 상태에서 상기 기판 상에 상기 용액을 배치시키는 복수의 배치부를 가지고, 세척액을 공급하기 위한 공간은 상기 복수의 배치부 모두에 걸쳐 연장하도록 상기 기부에 제공되는
    것을 특징으로 하는 마이크로배열기.
  5. 생물학적 시료를 포함하는 용액을 보유하기 위한 용액 저장소부와,
    복수의 기판이 배열될 수 있는 가공 테이블과,
    상기 용액 저장소부로부터 취한 용액을 보유하고 상기 기판 상에 상기 용액의 스폿을 형성하기 위한 복수의 보유 유닛과,
    상기 보유 유닛 중 하나 상에서 세척 및 기타 처리를 수행하기 위한 세척 및 기타 처리부와,
    상기 용액 저장소부, 상기 가공 테이블, 및 상기 세척 및 다른 처리부를 포함한 영역에 상기 보유 유닛중 하나를 이송하고 상기 보유 유닛에 2차원 좌표를 제공하기 위한 이송 유닛을 포함하고,
    상기 이송 유닛은 상기 보유 유닛중 하나를 상기 세척 및 기타 처리부 상에 이송하기 위한 제1 이송 유닛과, 상기 보유 유닛중 하나를 상기 가공 테이블 상에 이송하기 위한 제2 이송 유닛을 가지고,
    상기 보유 유닛은 상기 제1 이송 유닛과 상기 제2 이송 유닛 사이에 반송되는 것을 특징으로 하는 마이크로배열기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판에 근접하거나 그로부터 멀리 상기 보유 유닛중 하나를 이동시키고 상기 보유 유닛이 상기 기판 상에서 스폿을 형성하게 하는 이동 유닛을 더 포함하고, 상기 보유 유닛의 각각은 상기 이동 유닛에 제거가능하게 부착될 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로배열기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 이송 유닛과 제2 이송 유닛중 하나는 상기 보유 유닛을 파지하기 위한 복수의 파지부와 상기 복수의 파지부를 선회시키기 위한 선회부를 가지고,
    상기 선회부는 상기 제1 이송 유닛으로부터 상기 제2 이송 유닛으로 보유 유닛의 반송과 상기 제2 이송 유닛으로부터 상기 제1 이송 유닛으로 보유 유닛의 반송이 각각 설정된 위치에서 수행되도록 선회하는 것을 특징으로 하는 마이크로배열기.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제2 이송 유닛에 의해 지지되는 상기 보유 유닛의 위치와 자세중 적어도 하나를 검출하기 위한 검출 유닛과,
    상기 제2 이송 유닛에 대해 상기 보유 유닛의 위치와 자세 중 적어도 하나를 변경하기 위한 자세 변경 유닛과,
    상기 검출 유닛에 의해 검출된 상기 보유 유닛의 자세에 의거하여 상기 자세 변경 유닛을 작동시키기 위한 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로배열기.
  9. 제5항에 있어서, 상기 용액 저장소부는 상기 용액을 보유하기 위한 복수의 용액 보유판과, 상기 용액 보유판을 수납하기 위한 카세트와, 상기 카세트로부터 상기 용액 보유판중 하나를 인출하여 상기 인출된 용액 보유판을 소정의 위치로 이송하기 위한 판 이송 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로배열기.
  10. 기판 상에 생물학적 시료의 용액의 스폿을 배열하기 위한 마이크로배열 공정에 있어서,
    용액을 취하여 이를 보유하고 상기 기판 상에 생물학적 시료의 상기 용액의스폿을 형성하기 위한 마이크로배열 헤드를 이송하도록 제2 이송 유닛을 이용하고 상기 기판 상에 상기 용액의 스폿을 형성하는 스탬핑 단계와,
    상기 마이크로배열 헤드를 이송하도록 제1 이송 유닛을 사용하여 상기 마이크로배열 헤드 상에 세척 및 기타 처리를 수행하는 세척 단계와,
    제1 이송 유닛과 제2 이송 유닛 사이에 마이크로배열 헤드를 반송하기 위한 반송 단계를 포함하고,
    상기 마이크로배열 헤드중 하나는 상기 제1 이송 유닛에 의해 지지되고 다른 것은 상기 제2 이송 유닛에 의해 지지되고, 상기 스탬핑 단계와 상기 세척 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로배열 공정.
KR1020020022617A 2001-04-26 2002-04-25 마이크로배열 헤드 및 마이크로배열기 KR100892654B1 (ko)

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