WO1999027372A1

WO1999027372A1 - Verfahren und vorrichtung zur bewegungserfassung an mikropartikeln

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Publication number: WO1999027372A1
Application number: PCT/EP1998/007558
Authority: WO
Inventors: Markus Kalkum; Markus Kietzmann; Martin Müller
Original assignee: MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 1999-06-03
Also published as: DE59809232D1; EP1034432B1; DE19752010C1; US6467328B1; EP1034432A1

Abstract

Zur Erfassung der Position und/oder Geschwindigkeit von Mikropartikeln, die sich von Dispensern eines Dispensierkopfes (30) zu einem Target bewegen, wird ein Detektortarget mit zwei linear begrenzten elektroakustischen oder elektrooptischen Wechselwirkungsbereichen verwendet, die eine Targetebene aufspannen. Beim Auftreffen von Mikropartikeln auf die Wechselwirkungsbereiche werden Detektorsignale erfasst, aus denen mit der Dispersierkopfposition Bewegungsparameter der Mikropartikel ermittelt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bewegungserfassunq an Mikropartikeln

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Bewegungseigenschaften von Mikropartikeln, die von einer Mikrodispensereinheit auf ein Target bewegt werden, insbesondere ein Verfahren zur Erfassung von Auftreffpunkten und -geschwindigkeiten von Mikropartikeln und ein Positions- kalibrierungsverfahren für eine Mikrodispensereinheit mit einer Vielzahl einzelner Mikrodispenser . Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur Implementierung der Verfahren und eine Einrichtung zur Mikropartikeldetektion.

Es ist allgemein bekannt, kleinste Substanz- oder Lösungsmengen in Form kleiner fester Partikel oder Tröpfchen (Mikropartikel) unter Verwendung eines Mikrodispensiergerätes auf einem Substrat zu plazieren. Das Mikrodispensiergerät erlaubt ein gezieltes Pipettieren bestimmter Volumina und ein Positionieren entsprechend bestimmter Ortskoordinaten. Zum aufeinanderfolgenden Plazieren verschiedener Substanzen besitzt ein Mikrodispensiergerät gewöhnlich einen Dispensierkopf mit mehreren Dispensern, die zum Positionieren der jeweiligen Substanzen eingerichtet sind. Um die Substanzen beispielsweise für Reaktionszwecke oder zur Erzeugung definierter Mikro- substanzraster ortsgenau positionieren zu können, ist es erforderlich, die Zielpositionen der dispensierten Partikel genau zu kennen. Gewöhnlich ist die Position eines Dispensierkopfes in Bezug auf ein Targetsubstrat mit einer Stelleinrichtung manipulierbar, mit der bestimmte Kopf ositionen einstellbar sind. Bei ortsfester Anbringung der einzelnen Dispenser des Dispensier- kopfes besitzen die Dispenser definierte Referenzpositionen, die sich aus der Kopfposition und der relativen Anordnung des jeweiligen Dispensers in Bezug auf einen Referenzdispenser ergeben. Die praktische Anwendung von Dispensierköpfen zeigt, daß bei gegebenen Referenzpositionen der Dispenser auf dem Substrattarget Auftreffpunkte gebildet werden, deren Relativkoordinaten nicht den Relativkoordinaten der Dispenser entsprechen. Dies ist in Fig. 8 schematisch am Beispiel einer Dispenserreihe 30 erläutern. Die einzelnen Dispenser 30a, 30b, 30c, ... sind in einer geraden Reihe angeordnet. Es kann sich dabei beispielsweise um Mikropipetten oder dergl . handeln, aus denen Mikrotropfen auf ein Substrat 60 geschossen werden. Die Auf reffpunkte 61a, 61b, 61c sind aufgrund minimaler Fehl- ausrichtungen der Dispenser oder mechanischer Instabilitäten nicht mehr in einer geraden Reihe angeordnet, was besonders deutlich im untersten Teil von Fig. 8 durch die Überlagerung der Dispenserpositionen und der Auftreffpunkte erkennbar ist. Dieses Verhalten ist insbesondere dann problematisch, wenn eine erste Substanz aus einem ersten Dispenser auf das Substrat bewegt wird und nach anschließendem Verfahren des Dispensierkopfes eine zweite Substanz aus einem zweiten Dispenser auf genau dieselbe Substratposition wie die erste Substanz bewegt werden soll. Hierzu benötigt die Stelleinrichtung des Dispensierkopfes neben den Dispenserrelativpositionen auch eine Information über die entsprechenden Auftreffpunktrelativ- positionen des Dispensierkopfes.

Es ist allgemein bekannt, daß bislang zur Bestimmung der Auftreffpunkte oder der Zielpositionen dispensierter Flüssigkeiten optische Systeme eingesetzt werden. So wird beispielsweise bei einem stroboskopischen Verfahren (A. Schober et al . in "BioTechniques" , Bd. 15, 1993, S. 324 ff • ⁾ mit einer ersten Kamera der Tropfenabriß und mit einer zweiten Kamera die Zielposition des jeweils zu beobachtenden Tropfens ermittelt. Alternativ ist es möglich, auf einem Substrat erzeugte Substanzraster optisch zu analysieren. Neben dem hohen gerätetechnischen Aufwand derartiger Detektions- verfahren besitzen diese den Nachteil, daß zur Automatisierung der Einsatz technisch aufwendiger Bilderkennungsverfahren erforderlich wäre. Damit ergibt sich eine hohe Kostenintensität herkömmlicher Systeme sowie aufgrund deren Kompliziertheit eine starke Fehleranfälligkeit . Aufgrund der resultierenden Unzuverlässigkeit sind herkömmliche Mikrodispensiersysteme trotz des hohen technologischen Einsatzpotentials bei der Bearbeitung von hochparallelen analytischen Aufgaben in der kombinatorischen Chemie in ihrem Anwendungsbereich bisher beschränkt .

Die Probleme bei der Erfassung der Bewegung dispensierter Partikel treten nicht nur bei der oben illustrierten "Drop-on-Demand-Technik" auf, sondern allgemein bei allen Mikropartikelplazierungs- oder Schußeinrichtungen, mit denen Mikropartikel entlang vorbestimmter Bahnen auf bestimmte Positionen in einem Targetbereich geführt werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erfassung der Bewegungseigenschaften von Mikropartikeln, insbesondere von deren Auftreffpunkten und/oder -geschwindigkeiten auf TargetSubstraten, anzugeben, daß eine hohe Zuverlässigkeit besitzt und einfach realisierbar ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht ferner darin, eine Vorrichtung zur Implementierung eines derartigen Verfahrens, insbesondere eine verbesserte Mikropartikeldetektorvorrichtung, anzugeben .

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 6 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß werden die Auftreffpunkte der Mikropartikel, die Relativkoordinaten der Auftreffpunkte und/oder deren Abweichung von den Relativkoordinaten der Dispenserpositionen mit einer Partikeldetektorvorrichtung erfaßt, die zwei jeweils linear begrenzte, eine Targetebene aufspannende Wechsel- Wirkungsbereiche aufweist und zur Abgabe eines Detektorsignals eingerichtet ist, sobald ein Mikropartikel in einen der Wechselwirkungsbereiche eintritt. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einem ersten Kalibrierungsschritt zunächst ein Dispensierkopf mit einer Vielzahl von Dispensern, von denen ein Dispenser als Referenzdispenser eine Folge von Mikropartikeln abgibt, entlang zweier gerader, paralleler Fahrstrecken derart über die Detektorvorrichtung gefahren, daß die durch die Mikropartikelfolge gebildeten Tropfenreihen an vier Referenzauftreffpunkten auf die genannten Wechselwirkungsbereiche treffen. Zu den Referenzauftreffpunkten werden als Referenzdispenserkoordinaten die jeweils an der Stelleinrichtung eingestellten Dispensierkopfkoordinaten erfaßt. Anschließend wird bei einem Meßschritt der Dispensierkopf auf einem Meßfahrweg, der mit einem der Kalibrierfahrwege übereinstimmt oder zu einem von diesen parallel verläuft, über die Detektorvorrichtung gefahren, so daß jeweils bei Erreichen eines der Wechselwirkungsbereiche einer der übrigen Dispenser (Meßdispenser) eine Folge von Mikropartikeln abgibt. Sobald ein Mikropartikel aus einem Meßdispenser auf einen Wechsel- Wirkungsbereich trifft, wird die Meßdispenserposition relativ zur Position des Dispensierkopfes erfaßt und daraus der Auf- treffpunkt auf den Wechselwirkungsbereich ermittelt. Schließlich ergibt der Abstand der Relativkoordinaten des Mikropartikelauftreffpunktes aus dem Meßdispenser zu der entsprechenden Meßdispenserposition die gesuchte Abweichung zwischen der Anordnung des Auftreffpunkts des Mikropartikels aus dem Meßdispenser relativ zum Referenzdispenserauftreffpunkt einerseits und der Anordnung des Meßdispensers relativ zum Referenzdispenser andererseits. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die ermittelten Abweichungsrelativkoordinaten zur Erzeugung eines Steuersignals für die Stelleinrichtung des Dispensierkopfes verwendet, um die Positionierung eines Dispensers in Bezug auf einen bestimmten Substratort jeweils in Abhängigkeit vom erwarteten Auftreffpunkt aus dem betrachteten Dispenser zu korrigieren.

Je nach Auslegung des Wechselwirkungsbereich.es ist es möglich, neben den obengenannten Bewegungsparametern auch die Mikro- partikelgeschwindigkeit zu erfassen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt durch die genannte Detektorvorrichtung mit zwei linear begrenzten, eine Targetebene aufspannenden Wechsel- Wirkungsbereichen gebildet . Je nach dem zugrundeliegenden Meßprinzip ist die Detektorvorrichtung als elektroakustischer Sensor oder als elektrooptischer Sensor ausgelegt. Im Falle eines elektroakustischen Sensors wird jeder der zueinander nicht parallelen Wechselwirkungsbereiche durch ein Schwingungs- element gebildet, das mindestens eine gerade Begrenzung aufweist, bei deren Erreichen durch einen Mikropartikel aus den entlang der genannten Fahrstrecken gebildeten Folgen von Mikropartikeln im Schwingungselement eine mechanische Schwingung ausgelöst wird. Die mechanische Schwingung wird mit einem geeigneten Schallwandler in ein Detektorsignal umgewandelt, das nach einer geeigneten Signalverarbeitung anzeigt, welcher der Wechselwirkungsbereiche von einem Mikropartikel getroffen wurde. Das Schwingungselement hat vorzugsweise die Form eines gespannten elastischen Fadens, der mit einer Membran eines Mikrophons verbunden ist, das als Schallwandler wirkt. Die Detektorvorrichtung besitzt in diesem Fall zwei gerade aufgespannte, unter einem vorbestimmten Winkel (^ 0) ausgerichtete Fäden, vorzugsweise aus Metall, die die Targetebene aufspannen und jeweils mit einem Mikrophon verbunden sind. Bei der Gestaltung als elektrooptischer Sensor wird jeder Wechselwirkungsbereich durch einen geraden, parallelen Lichtstrahl (z.B. Laserlicht) gebildet. Die Erfassung des Auftreffens eines Mikropartikels im Wechselwirkungsbereich erfolgt mit einem photoelektrischen Element wie z.B. einer schnell arbeitenden Photodiode, mit dem eine Transmissions- änderung im Lichtweg oder einer Streulichtmessung durchgeführt wird.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt besteht eine Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einer Kombination der genannten Detektorvorrichtung mit einer Signalverarbeitungsschaltung und einem Positionsgeber, die mit einer Stelleinrichtung eines Dispensierkopfes zusammenwirken. Eine derartige Anordnung ist vorteilhafterweise zur Kalibrierung der Auftreffpunkte einer Gruppe von Dispensern eines Dispensierkopfes verwendbar.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß die Auftreffpunkte eines Dispensierkopfes oder eines entsprechenden Mikropartikel- Plazierungsgerätes vcllautomatisierbar, schnell und zuverlässig ermittelt werden können. Die Positionsbestimmung erfolgt mit einem einfach gebauten Detektor unter Vermeidung herkömmlicher Bilderkennungsverfahren. Neben der hohen Empfindlichkeit bei der Einzelpartikeldetektion liegen die Vorteile der Erfindung ferner in der Störfescigkeit , Geschwindigkeit, Genauigkeit und den verhältnismäßig geringen Kosten des Detektors .

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1: eine schematische Draufsicht auf einen Dispensierkopf und eine Detektorvorrichtung zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2: eine geometrische Darstellung zur Illustration des Auswertungsschemas gemäß der Erfindung; Fig. 3: eine Perspektivansicht einer Detektorvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4: eine Perspektivansicht von Einzelheiten einer Detektorvorrichtung gemäß Fig. 3 ;

Fig. 5: eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Kombination der Detektorvorrichtung mit der Stelleinrichtung eines Dispensierkopfes ;

Fig. 6: eine Blockdarstellung einer Signalverarbeitungs- schaltung aus Fig. 5 ;

Fign. 7A, B: Kurvendarstellungen zur Illustration von Signalverläufen der Detektorvorrichtung; und

Fig. 8: eine Schemadarstellung der Abweichung zwischen

Relativdispenserkoordinaten und Relativauftreffpunkt - koordinaten .

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines horizontal manipulierbaren Dispensierkopfes mit einer linearen Dispenser- anordnung, die beispielsweise durch eine Gruppe von piezoelektrisch arbeitenden Mikropipetten gebildet wird, zum Aufbringen mikroskopisch kleiner Tröpfchen auf einem Substrat beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Mikropipettenanordnung mit vertikaler Tropfenbewegung beschränkt, sondern entsprechend bei allen Arten von Mikro- partikelplazierungseinrichtungen anwendbar, die auch zwei- dimensionale Dispenseranordnungen tragen oder zur Partikelbewegung mit horizontalen Bewegungskomponenten eingerichtet sein können. Ein Mikropartikel ist somit ein flüssiger Tropfen oder fester Körper mit einer charakteristischen Größe, die im Submillimeterbereich (bis hin zur Wellenlänge sichtbaren Lichts) reicht. Die Erfindung wird außerdem unter Bezug auf die Ausführungsform der Detektorvorrichtung als elektro- akustischer Sensor beschrieben. Die entsprechenden Verfahrens- schritte der Kalibrierung, Auftreffpunktbestimmung, Dispensier- kopfPositionierung, Signalauswertung usw. sind jedoch im Falle eines elektrooptischen Sensors ohne Beschränkung analog anwendbar .

Fig. 1 zeigt schematisch die relative Ausrichtung eines Dispensierkopfes 30 und einer Detektorvorrichtung 10 in Draufsicht. Der Dispensierkopf 30 ist in der Zeichenebene in den x- und y-Richtungen verfahrbar. Die x- und y-Richtungen spannen eine Ebene parallel zu der von den Detektordrähten 11a, 11b aufgespannten Targetebene auf. Zur Durchführung der folgenden Verfahrensschritte wird der Dispensierkopf 30 mehrfach entlang von mindestens zwei geraden, parallelen, voneinander beabstandeten Fahrstrecken I, II, deren senkrechte Projektionen auf die Targetebene die Detektordrähte 11a, 11b schneiden, über die Detektorvorrichtung gefahren. Der Dispensierkopf wird mit einer Stelleinrichtung (s. unten) betätigt, die mit einem Positionsgeber (s. unten) verbunden ist. Der Positionsgeber liefert Koordinaten in einem Umgebungs- Koordinatensystem, das den Bezug für alle im folgenden genannten Ortsangaben darstellt. Diese umfassen die aktuellen Dispensierkopfkoordinaten, die zur Vereinfachung mit den Koordinaten eines Referenzdispensers (z.B. Dispenser 30a) gleichgesetzt werden. Die Koordinaten der übrigen Dispenser (Meßdispenser 30b, 30c,...) ergeben sich aus den Dispensierkopfkoordinaten und den jeweils bekannten, meßbaren Koordinaten der Meßdispenser relativ zum Referenzdispenser .

Zunächst werden die Ref renzdispenserkoordinaten (die Dispensierkopfkoordinaten) an den Dispensierkopfpositionen erfaßt , an denen ein vom Referenzdispenser ausgehender Mikrotropfen einen der Detektordrähte 11a, 11b trifft. Für die spätere Meßdispenserkoordinatenauswertung werden mindestens vier Auftreffpunkte auf Detektordrähte benötigt, die den vier Schnittpunkten der Projektionen der Fahrstrecken I, II mit den Detektordrähten 11a, 11b entsprechen. Zur Referenzdispenser- koordinatenerfassung wird der Dispensierkopf zunächst auf die Fahrstrecke I ausgerichtet und auf dieser über die Detektorvorrichtung gefahren. Bei konstanter Fahrgeschwindigkeit und konstanter Tropfenabgaberate werden die Detektordrähte 11a, 11b überfahren. Die Fahrgeschwindigkeit, die Frequenz, der Tropfendurchmesser und der Dispenser-Draht-Abstand werden in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung und den Dimensionen der Detektorvorrichtung geeignet ausgewählt. So wird insbesondere die Frequenz in Bezug auf die Fahrgeschwindigkeit so gewählt, daß die realisierte Zahl der Tropfen pro Längeneinheit wesentlich geringer als die Ortsauflösung der Stelleinrichtung des Dispensierkopfes ist . Beispielsweise betragen bei einer Detektorvorrichtung mit Detektordrähten einer Länge von rd. 3 cm und einem Abstand im Bereich von rd. 1,5 bis 3 cm die Fahrgeschwindigkeit des Dispensierkopfes rd. 2,5 mm/s, die Tropfenabgaberate oder Frequenz rd. 500 Tropfen pro Sekunde, der Tropfendurchmesser rd. 50 bis 60 μm und der Dispenser- Draht-Abstand rd. 2-3 mm. Beim Überfahren des ersten Detektordrahtes 11a entsprechend der Position P-_j_ (s. Fig. 2) wird dieser von den Mikrotropfen getroffen. Schon das erste Streifen eines Mikrotropfens bewirkt eine Auslenkung des Detektordrahtes und die (unten beschriebene) Erzeugung eines Detektorsignals, auf das die aktuellen Referenzdispenserkoordinaten gespeichert werden. Die Speicherung erfolgt unter gleichzeitiger Prüfung, ob ein Störsignal vorgelegen hat. Falls dies der Fall ist, wird das Detektorsignal verworfen. Nach dem Treffen des ersten Detektordrahtes 11a bei P-_j_ wird der Dispensierkopf 30 weiter zum zweiten Detektordraht 11b zur Erfassung der Referenzdispenserkoordinaten entsprechend dem Punkt P₂ gefahren. Anschließend erfolgt der gleiche Ablauf entlang der parallelen, beabstandeten Fahrstrecke II. Der Abstand zwischen den Fahrstrecken I, II wird geeignet zur Erzielung einer genügenden Meßgenauigkeit gewählt und kann beispielsweise rd. 1 bis 3 cm betragen.

Sobald die Referenzdispenserkoordinaten entsprechend den Auftreffpunkten V_ bis P₄ ermittelt worden sind, erfolgt die Bestimmung der Auftreffpunkte von Mikrotropfen aus jeder der irΦ _^_-, Z P er > er fO Pi LQ ^ cn O Hi φ P Pi 3. 3 α > P= φ cn α ? P= rt ti tQ Φ P φ Φ P Φ Φ P F- φ Φ P F- Pi Φ F- P P Φ Φ Φ φ P er ii Ω φ 0 er ti 3 Φ ti Hi z cn ii Hl fr Hi cn cn rt z tr 3 Φ tr P cn tr P DtJ tr rt Hi Φ Z tr P Ό i

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Da die Meßdispensernkoordinaten R^, R₂ bekannt sind, an denen sich der jeweilige Meßdispensern zum Zeitpunkt des Mikro- tropfenauftreffens befindet, und die Strecken | Q_]_Q | und |R₁R₂| gleich sind, kann [ Q Q₂ | in ^den Gleichungen durch | R_]_R₂ | substituiert werden. Damit sind die Beträge der jeweils von S nach Q-_j_ bzw. Q₂ führenden Vektoren bekannt. Da deren Richtung wiederum mit den von S nach V-_ bzw. P₂ führenden Vektoren übereinstimmt, ist zur Ermittlung der Koordinaten der Punkte Q^, Q₂ lediglich noch das Betragsverhältnis | SQ3 / | SP-_j bzw. | SQ₂ | / | SP₂ | zu berücksichtigen, das in beiden Fällen |R₁R₂ | / | P₁P₂ | beträgt.

Die so ermittelten Koordinaten der Punkte Q-_j_, Q_ beziehen sich auf das oben genannte Koordinatensystem des Positionsgebers. Die Abweichung dieser Koordinaten ^ΔXΔY ^{on den} Koordinaten des Meßdispensers R_Q_ , R₂ stellt die gesuchte Abweichung des Auf- treffpunktes von der Position des Meßdispensers dar. Diese Abweichungskoordinaten können im Rahmen einer Dispensierkopfkalibrierung verwendet werden, um die Auftreffpunkte jedes Dispensers eines Dispensierkopfes reproduzierbar zu erfassen oder um bei Betrieb die Position eines Dispensierkopfes zur Realisierung einer bestimmten Dispensierposition in Bezug auf einen gewünschten Substratauftreffpunkt zu korrigieren.

Im folgenden werden unter Bezug auf die Figuren 3 und 4 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 10 beschrieben.

Die Detektorvorrichtung 10 umfaßt gemäß Fig. 3 zwei Detektorabschnitte 110a, 110b, die auf einem Trägerblock 120 angebracht sind. Der Trägerblock 120 trägt ferner eine Schutzabdeckung 130, die die Oberseite des Trägerblocks 120 mit Ausnahme der Detektorabschnitte 110a, 110b bedeckt. Anstelle der Schutzabdeckung 130, die die Detektorabschnitte 110a, 110b frei läßt, kann ersatzweise vorgesehen sein, daß auf der Oberseite des Trägerblocks 120 Ausnehmungen angebracht (eingefräst) sind, in die die Teile der Detektorabschnitte 110a, 110b eingelassen sind. Damit wird ein Schutz der Detektordrähte gegen mechanische Einflüsse und eine Schallabschirmung gegenüber Störgeräuschen erzielt. Die Detektorabschnitte 110a, 110b weisen jeweils ein Mikrophon (s. Fig. 4) auf, das über Anschlußleitungen 140 mit dem Signalverarbeitungskreis 200 (s. Fig. 5) verbunden ist. Der Trägerblock 120 und die Schutzabdeckung 130 bestehen vorzugsweise aus einem massiven Kunst- stoffmaterial (z .B . Plexiglas). Die Höhe des Trägerblocks 120 (mit einer ggf. vorgesehenen Trägerplatte 121) kann so gewählt sein, daß die Höhe der Detektorabschnitte 110a, 110b etwa der Höhe eines zu beschickenden Substrats in Bezug auf einen Dispensierkopf entspricht, der untersucht werden soll. Alternativ ist es möglich, bei Einsatz der Detektorvorrichtung mit einer beliebigen Höhe den Abstand des Dispensierkopfes von den Detektorabschnitten 110a, 110b (z- Richtung) zu erfassen und diesen Abstand beim späteren Betrieb des Dispensierkopfes bei der Einstellung der Höhe über einem Substrat zu berücksichtigen.

Einzelheiten der Detektorabschnitte 110a, 110b sind (ohne den Trägerblock und die Schutzabdeckung) in Fig. 4 gezeigt. Die Detektorabschnitte 110a, 110b umfassen jeweils einen Detektordraht (oder Tropfenfangdraht) 11a, 11b , der schwingungs- gekoppelt mit einem Mikrophon 13a, 13b verbunden ist. Jeder Detektordraht 11a, 11b ist gerade ausgerichtet. Hierzu ist jeweils eine Spanneinrichtung 14a, 15a, 14b, 15b vorgesehen, die einen Ξpannbügel 14a, 14b und ein Trägerelement 15a, 15b umfaßt. Jeder Spannbügel 14a, 14b wird durch das jeweilige Trägerelement 15a, 15b so ausgerichtet, daß die aufgespannten Detektordrähte 11a, 11b zueinander einen vorbestimmten Winkel (vorzugsweise <90°, z.B. rund 45°, bilden und dadurch eine Detektortargetebene aufspannen. Im Einsatzfall ist die Detektortargetebene parallel zur x-y-Ebene der Stelleinrichtung (nicht gezeigt) eines Dispensierkopfes mit dem Dispenser 30a. o ü α fö ;r

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Auslöseimpuls für den piezoelektrischen Geber als Startimpuls und das Auftreff-TTL-Signal als Endimpuls für eine Zeitmessung zu verwenden, wobei sich wiederum die Geschwindigkeit aus dem Verhältnis der meßbaren Flugstrecke zur gemessenen Start-Ende- Zeit ergibt. Schließlich ist es auch möglich, bei einer elektroakustischen Detektorvorrichtung den Startimpuls vom jeweiligen Schallwandler abzuleiten. Werden beispielsweise bei einem Mikrophon die Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung entfernt, so spricht das Mikrophon auf einen elektromagnetischen Impuls an, der beim Anlegen des Auslöseimpulses vom piezoelektrischen Geber abgestrahlt wird.

Claims

PATENTANSPRUCHE

1. Verfahren zur Erfassung von Mikropartikeln, die sich von Dispensern eines Dispensierkopfes (30) zu einem Target bewegen, mit den Schritten:

- Verfahren des Dispensierkopfes unter Abgabe einer Folge von Mikropartikeln aus einem Referenzdispenser (30a) über einem Detektortarget mit zwei linear begrenzten Wechselwirkungs- bereichen, die eine Targetebene aufspannen, entlang mindestens zweier, gerader paralleler Fahrstrecken (I, II),

- Ermitteln der Referenzdispenserkoordinaten (P_l Ε>₂ ) für die Dispensierkopf ositionen, in denen Mikropartikel auf die Wechselwirkungsbereiche treffen,

- Verfahren des Dispensierkopfes unter Abgabe einer Folge von Mikropartikeln aus mindestens einem Meßdispenser (30b, 30c...) parallel zu den Fahrstrecken (I, II), und

- Ermitteln von Auftreffpunktkoordinaten (Q^, Q2) für die Dispensierkopfpositionen, in denen Mikropartikel aus dem Meßdispenser auf die Wechselwirkungsbereiche treffen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem aus den Auftreffpunktkoordinaten {Q_ , Q₂) den Koordinaten des Dispensierkopfes und den Relativkoordinaten der Meßdispensern am Dispensierkopf Abweichungskoordinaten (ΔX, Δy) zwischen den Auftreffpunktkoordinaten und den Meßdispenserkoordinaten ermittelt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem aus den Abweichungs- koordinaten Korrektursignale für einen Positionsgeber des Dispensierkopfes zur Einstellung von Dispensern zur Bewegung der Mikropartikel auf vorbestimmte Substratpositionen ermittelt werde .

4. Verfahren gemäß Anspruch 3 , bei dem auf der Grundlage der Abweichungskoordinaten die Dispenserkoordinaten des Dispensier- kopfes kalibriert werden.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Auftreffen eines Mikropartikels auf einen der Wechselwirkungsbereiche durch Ermittlung eines Detektorsignals erfaßt wird, das in ein Digitalsignal umgewandelt wird, dessen Anstiegsflanke für den Zeitpunkt des Auftreffens des Mikropartikels charakteristisch ist.

6. Verfahren zur Erfassung von Mikropartikeln, die sich von Dispensern eines Dispensierkopfes (30) zu einem Target bewegen, mit den Schritten:

- Positionieren des Dispensierkopfes über einer Detektorvorrichtung mit zwei linear begrenzten Wechselwirkungsbereichen, die eine Targetebene aufspannen, derart, daß Mikropartikel aus einem der Dispenser auf einen der Wechselwirkungsbereiche treffen,

- Ermitteln der Mikropartikelgeschwindigkeit aus Wegabschnitten, die die Mikropartikel auf dem Weg vom Dispenser zum Wechselwirkungsbereich durchlaufen, und den zugehörigen, zum Durchlaufen der Wegabschnitte erforderlichen Zeitabschnitte .

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem der Wegabschnitt der Abstand vom Dispenser zum Wechselwirkungsbereich ist und der zugehörige Zeitabschnitt aus einem Auslösesignal des Dispensers und einem Detektorauftreffsignal der Detektorvorrichtung abgeleitet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem Mikropartikel bei verschiedenen Dispenser- echselwirkungsbereich-Abständen abgegeben werden, deren Differenz den Wegabschnitt für die Geschwindigkeitsmessung bildet, wobei der Zeitabschnitt aus den DetektorauftreffSignalen für die verschiedenen Dispenser- abstände abgeleitet wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch β , das mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 kombiniert wird, um die Position und Geschwindigkeit von Mikropartikeln aus den Dispensern zu kalibrieren.

10. Detektorvorrichtung zur Erfassung von Mikropartikeln, bei der zwei linear begrenzte, elektroakustische oder elektro- optische Wechselwirkungsbereiche vorgesehen sind, die unter Bildung eines vorbestimmten Winkels zueinander angeordnet sind und eine Targetebene aufspannen, wobei jeder Wechselwirkungsbereich dazu eingerichtet ist, ein Detektorsignal abzugeben, wenn ein Mikropartikel auf den Wechselwirkungsbereich trifft .

11. Detektorvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der jeder Wechselwirkungsbereich einen elektroakustischen Detektorabschnitt (110a, 110b) mit einem Schwingungselement aufweist, das mit einem Schallwandler schwingungsgekoppelt ist .

12. Detektorvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der das Schwingungselement ein Detektordraht (11a, 11b) und der Schallwandler ein Mikrophon (13a, 13b) ist.

13. Detektorvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der jeder Wechselwirkungsbereich einen elektrooptischen Detektorabschnitt aufweist, der von einem geraden, parallelen Lichtstrahl durchsetzt wird und mindestens ein Photoelement aufweist.

14. Kalibrierungseinrichtung für einen Dispensierkopf (30) mit einer Vielzahl von Dispensern (30a, 30b, 30c....), umfassend eine Detektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 , einen Signalverarbeitungskreis (20) und eine Steuereinrichtung (50), die zur Erfassung von Dispensierkopfkoordinaten zu den Zeitpunkten eingerichtet ist, wenn Mikropartikel aus Dispensern auf die Wechselwirkunσsbereiche treffen.