DE60034095T2 - DNA-Chip und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen DNA-Chip (DNA-Microarray), auf dem mehrere tausend, nicht weniger als 10.000, verschiedene DNA-Fragmenttypen angeordnet und als kleine Spots in einer hohen Dichte auf einer Grundplatte, wie z.B. einem Objektträger, fixiert werden, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Beschreibung des Stands der Technik:
  • Auf dem Gebiet der Verfahren zur Analyse der genetischen Struktur wurden in den letzten Jahren beachtliche Fortschritte erzielt. Eine große Zahl an genetischen Strukturen, die durch jene des menschlichen Gens vertreten werden, wurden entschlüsselt. Bei der oben beschriebenen Analyse der genetischen Struktur wird ein DNA-Chip (DNA-Microarray) eingesetzt, auf dem mehrere tausend, nicht weniger als 10.000, verschiedene DNA-Fragmenttypen angeordnet und als kleine Spots in einer hohen Dichte auf einer Grundplatte, wie z.B. einem Objektträger, fixiert werden.
  • Die weitgehend eingesetzten Verfahren zur Bildung der kleinen Spots bei der Herstellung des DNA-Chips basieren auf einem System, wie z.B. dem QUILL-System, dem Ring-Pin-System und dem Spring-Pin-System, bei welchen eine Probelösung, die DNA-Fragmente umfasst, unter Einsatz eines sogenannten Pins durch Kontaktieren auf die Grundplatte aufgetragen wird. Auch wenn eines der zuvor genannten Verfahren angewandt wird, ist es wichtig, die Dispersion des Volumens und der Form jedes der kleinen Spots gering ist, damit der Abstand zwischen den verschiedenen kleinen Spots konstant gehalten wird.
  • Andererseits muss für die Umsetzung einer höheren Dichte ein neues Verfahren entwickelt werden, bei dem das Leistungsverhalten in Bezug auf die Steuerung der Form der Spots zufriedenstellend ist und das eine ausgezeichnete Produktivität aufweist.
  • Wenn eine große Zahl von kleinen Spots auf der Grundplatte durch das Auftragen (z.B. Auftropfen) der Probelösung aufgebracht wird, wird ein Spender eingesetzt, auf dem eine große Anzahl an Auftragdüsen (beispielsweise Pins oder Spring-Pins) beispielsweise in Matrixform angeordnet sind.
  • Gewöhnlicherweise ist der Abstand in der Anordnung der Auftragdüsen größer als der Abstand in der Anordnung der kleinen Spots, die auf der Grundplatte ausgebildet werden sollen. Deshalb wird die Probelösung unter Veränderung der Auftragposition des Spenders aufgetragen.
  • Bei diesem Verfahren besteht, wenn es in der Abweichungsbreite des Spenders oder bei dem Abstand in der Anordnung der Auftragsdüsen zu Dispersion kommt, die Befürchtung, dass die Dispersion sich direkt auf die Anordnung der kleinen Spots auswirkt und nebeneinander liegende Spots mit einander verschmelzen, um einen Spot zu bilden.
  • Andererseits wurde auch ein Verfahren untersucht, bei dem die Spots unter Einsatz des sogenannten Tintenstrahlsystems, das in der Praxis für Drucker eingesetzt wird, aufgebracht werden. Wenn jedoch eine Auftragvorrichtung, die auf dem Tintenstrahlsystem beruht, eingesetzt wird, besteht die Befürchtung, dass die nebeneinander liegenden Spots verschmelzen, um einen Spot zu bilden, beispielsweise aufgrund des Einflusses der sogenannten Verlaufskrümmung, in welche die Richtung der abgegebenen Tröpfchen gekrümmt ist, sowie der unnötigerweise abgegebenen Tröpfchen, die als Satelliten bezeichnet werden.
  • Die WO 99/39829 beschreibt Mikrotiterplatten für den Einsatz in Screening-Tests, die hydrophile Domänen innerhalb von hydrophoben Feldern aufweisen. Testmaterialien sind dann auf die hydrophilen Domänen beschränkt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung der zuvor genannten Probleme, wobei ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung eines DNA-Chips ist, der es ermöglicht, einen Zustand zu erreichen, in dem der Anordnungszustand einer großen Anzahl von kleinen Spots, die auf einer Grundplatte auszubilden sind, einem vorbestimmten Anordnungsabstand entspricht, auch wenn es beim Abweichungsausmaß des Spenders oder des Anordnungsabstands der Auftragdüsen zu Dispersion kommt und auch wenn es aufgrund der Verlaufskrümmung oder bei Einsatz einer auf dem Tintenstrahlsystem basierenden Auftragvorrichtung zu einer Positionsabweichung der abgegebenen Tröpfchen kommt.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung eines DNA-Chips bereitzustellen, der es ermöglicht, einen Zustand zu erreichen, in dem der Anordnungszustand einer großen Anzahl von kleinen Spots, die auf einer Grundplatte auszubilden sind, einem vorbestimmten Anordnungsabstand entspricht, auch wenn es beim Abweichungsausmaß des Spenders oder des Anordnungsabstands der Auftragdüsen zu Dispersion kommt und auch wenn es aufgrund der Verlaufskrümmung oder bei Einsatz einer auf dem Tintenstrahlsystem basierenden Auftragvorrichtung zu einer Positionsabweichung der abgegebenen Tröpfchen kommt, wodurch die Qualität des DNA-Chips und die Ausbeute verbessert werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein DNA-Chip wie in Anspruch 1 beschrieben bereitgestellt.
  • Wenn die Probelösung auf die Grundplatte aufgetragen wird, wird dementsprechend, auch wenn die Auftragposition von der vorbestimmten Position abweicht, der kleine Spot, der durch das Aufbringen der Probelösung gebildet werden soll, mittels eines Positionsabweichungs-Korrekturmittels auf die vorbestimmte Position bewegt. Demnach wird die Positionsabweichung korrigiert.
  • Wie oben beschrieben, ist es mit dem DNA-Chip der vorliegenden Erfindung möglich, einen Zustand zu erreichen, in dem der Anordnungszustand einer großen Anzahl von kleinen Spots, die auf einer Grundplatte auszubilden sind, einem vorbestimmten Anordnungsabstand entspricht, auch wenn es beim Abweichungsausmaß des Spenders oder des Anordnungsabstands der Auftragdüsen zu Dispersion kommt und auch wenn es aufgrund der Verlaufskrümmung oder der Satelliten bei Einsatz einer auf dem Tintenstrahlsystem basierenden Auftragvorrichtung zu einer Positionsabweichung der abgegebenen Tröpfchen kommt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung eines DNA-Chips wie in Anspruch 2 beschrieben bereitgestellt.
  • Demzufolge ist es möglich, einen Zustand zu erreichen, in dem der Anordnungszustand einer großen Anzahl von kleinen Spots, die auf einer Grundplatte auszubilden sind, einem vorbestimmten Anordnungsabstand entspricht, auch wenn es beim Abweichungsausmaß des Spenders oder des Anordnungsabstands der Auftragdüsen zu Dispersion kommt und auch wenn es aufgrund der Verlaufskrümmung oder der Satelliten bei Einsatz einer auf dem Tintenstrahlsystem basierenden Auftragvorrichtung zu einer Positionsabweichung der abgegebenen Tröpfchen kommt, wodurch die Qualität des DNA-Chips und die Ausbeute verbessert werden kann.
  • Vorzugsweise wird die Probelösung unter Einsatz einer Auftragvorrichtung, die auf einem Tintenstrahlsystem basiert, aufgetragen. In diesem Fall handelt es sich bei der Auftragvorrichtung vorzugsweise um einen Spender, der eine Vielzahl von angeordneten Mikropipetten umfasst, wobei jede eine Gießöffnung für das Eingießen der Probelösung von außen, einen Hohlraum für das Eingießen und Einfüllen der Probelösung in denselben und ein Abgabeöffnung für die Abgabe der Probelösung umfasst, zumindest auf einem oder mehreren Substraten ausgebildet ist und außerdem ein piezoelektrisches/elektrostriktives Element umfassen, dass den Hohlraum so bildet, dass die Probelösung in dem Hohlraum bewegt werden kann und unterschiedliche Probelösungstypen aus den Abgabeöffnungen der jeweiligen Mikropipetten ab gegeben werden können. Außerdem wird die Probelösung noch bevorzugter in einer laminaren Strömung bewegt.
  • Wenn das Tintenstrahlsystem eingesetzt wird, können die kleinen Spots unter Hochgeschwindigkeit ausgebildet werden, und es ist möglich, die Geschwindigkeit und die Flüssigkeitsmenge der abgegebenen Tröpfchen frei einzustellen. Deshalb können folgende Vorteile erzielt werden. Das bedeutet, dass es möglich ist, die kleinen Spots korrekt mit der vorbestimmten Flüssigkeitsmenge und/oder Form auszubilden. Die Dispersion zwischen den kleinen Spots wird im Vergleich mit einem System, bei dem der Vorgang unter Einsatz eines Pins oder eines Spring-Pins erfolgt, reduziert.
  • Anders als beim Pin-System wird der kleine Spot bei dem Tintenstrahlsystem nicht durch Kontaktieren gebildet. Deshalb kommt es weder zu physikalischer Interferenz noch zu einem Kontakt mit dem Positionsabweichungs-Korrekturmittel. Das Tintenstrahlsystem kann demnach bevorzugt eingesetzt werden.
  • In Bezug auf das Ausmaß der Gestaltungsfreiheit, beispielsweise in Bezug auf die Anzahl der Spots und die Abgabegeschwindigkeit eines Tintenstrahlsystems, besteht ein weiterer Vorteil darin, dass es einfach ist, eine Abstimmung mit dem Positionsabweichungs-Korrekturmittel zu erzielen. Dadurch wird folgender Vorteil erzielt. Wenn aufgrund eines großen Positionsabweichungsausmaßes ein großes Maß an Korrekturen erforderlich ist, kann der Kontakt mit dem Positionsabweichungs-Korrekturmittel beispielsweise durch eine Steigerung der Abgabemenge und der Abgabegeschwindigkeit erleichtert werden, um eine größere Ausdehnung des Spots auf der Grundplatte zu erzielen. Demnach ist es möglich, die Positionsabweichung verlässlich zu korrigieren.
  • Wenn das Tintenstrahlsystem als System zum Auftragen der Probelösung eingesetzt wird, kann der kleine Spot ohne Kontaktieren ausgebildet werden. Deshalb wird die Abgaberichtung der Tröpfchen mit der Ausrichtung des elektrischen Felds abgestimmt. Außerdem kann mit Hilfe des elektrischen Felds leicht eine Korrektur der Tropfposition erfolgen. Aus diesem Grund kann dieses System bevorzugt eingesetzt werden.
  • Wenn die Probelösung eine Lösung ist, die ein DNA-Fragment umfasst, wird vorzugsweise folgendes Verfahren eingesetzt, um eine wirksamere Positionsabweichungs-Korrektur mit Hilfe des elektrischen Felds zu erzielen. Bei diesem Verfahren wird eine funktionelle Gruppe, die eine Ladung hinzufügt, zu dem DNA-Fragment zugesetzt, oder das DNA-Fragment wird in einer Lösung, die eine Ladung aufweist, dispergiert.
  • Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung dargestellt ist, verdeutlicht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines DNA-Chips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (DNA-Chip der durch ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde);
  • 2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Anordnung eines DNA-Chips, der nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, aber zu deren Erläuterung herangezogen wird;
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm, das die Schritte des Verfahrens zur Herstellung des DNA-Chips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm, das die Details der Schritte für die Herstellung einer Probe veranschaulicht;
  • 5A zeigt den Grundriss einer Anordnung eines Spenders, der für das Verfahren zur Herstellung des DNA-Chips gemäß einer ersten Ausführungsform einzusetzen ist;
  • 5B zeigt eine Vorderansicht davon;
  • 5C zeigt einen vergrößerten Grundriss, der eine Mikropipette für die Konstruktion des Spenders zeigt;
  • 6 zeigt einen Längsquerschnitt, der eine Anordnung der Mikropipette veranschaulicht;
  • 7 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die Form eines Durchflusskanals, der einen in einem Substrat der Mikropipette ausgebildeten Hohlraum umfasst;
  • 8 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Spenders gemeinsam mit einer Patrone;
  • 9 zeigt ein erstes Verfahren, bei dem der DNA-Chip unter Einsatz des Spenders erzeugt wird;
  • 10 zeigt ein zweites Verfahren, bei dem der DNA-Chip unter Einsatz des Spenders erzeugt wird;
  • 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Positionsabweichungs-Korrekturmittels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12 zeigt eine Querschnittsansicht eines alternativen Positionsabweichungs-Korrekturmittels, das nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist;
  • 13 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren alternativen Positionsabweichungs-Korrekturmittels, das nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist;
  • 14 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren alternativen Positionsabweichungs-Korrekturmittels, das nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist;
  • 15A veranschaulicht die Wirkung, die durch das Positionsabweichungskorrekturmittel aus 14 erzielt werden kann;
  • 15B veranschaulicht ebenfalls die Wirkung, die durch das Positionsabweichungskorrekturmittel aus 14 erzielt werden kann.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen des DNA-Chips und das erfindungsgemäße Verfahren zu dessen Herstellung werden untenstehend erläutert.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst ein DNA-Chip 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine große Anzahl von angeordneten kleinen Spots 80, die durch das Auftragen (beispielsweise Auftropfen) einer Probelösung auf eine Grundplatte 10 ausgebildet werden. Insbesondere wird ein Positionsabweichungs-Korrekturmittel für die automatische Korrektur der Positionsabweichung der kleinen Spots 80 auf der Grundplatte 80 bereitgestellt.
  • Wie in 2, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, dargestellt, wird eine Poly-L-lysin-Schicht 12, die hydrophil ist, auf der Oberfläche der Grundplatte 10 ausgebildet. An den entsprechenden zentralen Stellen der Positionen, an welchen die kleinen Spots 80 jeweils ausgebildet werden sollen, werden Vorsprünge 14 ausgebildet. Die Vorsprünge 14 dienen als Positionsabweichungs-Korrekturmittel.
  • Wie in 2 dargestellt, wird demnach, wenn ein Teil des kleinen Spots 80 bei der Ausbildung desselben durch Auftragen der Probelösung auf die Grundplatte 10 den Vorsprung kontaktiert (siehe unterbrochene Linie), der kleine Spot 80 in Übereinstimmung mit der Oberflächenspannung desselben bewegt und das Zentrum des kleinen Spots 80 stimmt etwa mit dem Vorsprung 14 überein.
  • Wie obenstehend beschrieben wird der kleine Spot 80 bei dem DNA-Chip 20, auch wenn er aufgetropft wird, während er von der vorbestimmten Position abweicht, durch den Vorsprung 14, der auf der Grundplatte 10 ausgebildet ist, bewegt und die Positionsabweichung wird korrigiert.
  • Wenn der DNA-Chip 20 durch die Ausbildung eines kleinen Spots 80 durch das Auftragen der Probelösung auf die Grundplatte 10 hergestellt wird, werden beispielsweise die in 3 angeführten Herstellungsschritte durchgeführt.
  • Das bedeutet, dass der DNA-Chip 20 durch die Ausführung des Vorbehandlungsschritts S1 zur Ausbildung der Poly-L-lysin-Schicht 12 (siehe 2) auf der Oberfläche der Grundplatte 10, des Probenherstellungsschritts S2 zur Herstellung der Probelösung, die ein DNA-Fragment umfasst, und des Auftragschritts S3 zum Auftragen der erhaltenen Probelösung auf die Grundplatte 10 hergestellt wird.
  • Wie in 4 dargestellt, umfasst der Probenherstellungsschritt S2 den Amplifikationsschritt S11 zur PCR-Amplifikation des DNA-Fragments zur Herstellung eines PCR-Produkts, den Pulverbildungsschritt S12 zum Trocknen des erhaltenen PCR-Produkts, um DNA-Pulver zu erhalten und den Mischschritt S13 zur Lösung des erhaltenen DNA-Pulvers in einer Pufferlösung.
  • Die Schritte werden einzeln erläutert. Bei dem Vorbehandlungsschritt S1 wird zunächst die Grundplatte 10 in eine basische Lösung eingetaucht, wonach sie zumindest 2 h lang bei Raumtemperatur sanft geschüttelt wird. Die basische Lösung ist eine Lösung, die beispielsweise durch die Lösung von NaOH in destilliertem Wasser und den Zusatz von Ethanol erhalten wird, wonach die Lösung geschüttelt wird, bis sie vollständig transparent ist.
  • Danach wird die Grundplatte 10 aus der Lösung herausgenommen und in destilliertes Wasser übertragen, wonach sie gespült wird, um die basische Lösung zu entfernen. In der Folge wird die Grundplatte 10 in eine Poly-L-lysin-Lösung eingetaucht, die durch den Zusatz von Poly-L-lysin zu destilliertem Wasser hergestellt wurde, wonach sie 1 h lang stehen gelassen wurde.
  • Danach wird die Grundplatte 10 aus der Lösung herausgenommen und in eine Schleudermaschine übertragen, wo sie zentrifugiert wird, um überschüssige Poly-L-lysin-Lösung zu entfernen. Dann wird die Grundplatte bei 40°C etwa 5 min lang getrocknet, um die Grundplatte 10 zu erhalten, die die auf der Oberfläche ausgebildete Poly-L-lysin-Schicht 12 umfasst.
  • Im Probenherstellungsschritt S2 werden dann zunächst 3 M Natriumacetat und Isopropanol zu dem PCR-Produkt, das mit bekannter PCR-Ausstattung amplifiziert wurde (Amplifikationsschritt S11) zugesetzt, wonach es mehrere Stunden lang stehen gelassen wird. Danach wird die PCR-Produktlösung in einer Schleudermaschine zentrifugiert, um das DNA-Fragment auszufällen.
  • Das ausgefällte DNA-Fragment wird mit Ethanol gespült und zentrifugiert, wonach es getrocknet wird, um das DNA-Pulver zu bilden (Pulverbildungsschritt S12). Ein X1 TE Puffer wird zu dem erhaltenen DNA-Pulver zugesetzt, wonach es mehrere Stunden lang stehen gelassen wird, damit das DNA-Pulver vollständig gelöst wird (Mischschritt S13). Auf diese Weise wird die Probelösung hergestellt. In dieser Phase beträgt die Konzentration der Probelösung 1 zu 10 μg/μl. Eine immobilisierende Lösung kann danach von einer Probeeingießöffnung 52 in einen Hohlraum 56 gefüllt werden.
  • Die erhaltene Probelösung wird auf die Grundplatte 10 aufgetragen, um den DNA-Chip 20 herzustellen (Auftragschritt S3). Die immobilisierende Lösung kann mit der Probelösung, die durch den Probeherstellungsschritt S2 erhalten wurde, gemischt werden, oder die Probelösung kann verdünnt werden. In diesem Verfahren kann eine wässrige Lösung, die Wasser und NaCl umfasst, oder eine wässrige Lösung, die ein Polymer umfasst, als Verdünnungslösung verwendet werden.
  • Wenn der DNA-Chip 20 auf diese Weise hergestellt wird, kann beispielsweise ein in 5A bis 7 dargestellter Spender 30 wirksam eingesetzt werden.
  • Wie in 5A und 5B dargestellt, umfasst der Spender 30 beispielsweise 10 Mikropipetten 34, die in fünf Reihen und zwei Spalten auf der Oberseite einer Fixierungsplatte 32 angeordnet sind, die eine rechteckige Form aufweist. Eine Gruppe der Mikropipetten 34, die in Richtung der jeweiligen Spalten angeordnet sind, wird auf der Fixierungsplatte 32 mit Hilfe einer Fixierungsschablone 36 fixiert.
  • Wie in 5C und 6 dargestellt, umfasst die Mikropipette 34 eine Probeeingießöffnung 52, die an der Oberseite eines Substrats 50 ausgebildet ist, das im Wesentlichen eine rechteckige Parallelepipedform aufweist, eine Probeabgabeöffnung 54, die an der Unterseite des Substrats 50 ausgebildet ist, einen Hohlraum 56, der innen zwischen der Probeeingießöffnung 52 und der Probeabgabeöffnung 54 ausgebildet ist, und ein Betätigungselement 58, das eingesetzt wird, um das Substrat 50 in Vibration zu versetzen oder das Volumen des Hohlraums 56 zu verändern.
  • Deshalb sind, wie in 6 dargestellt, Durchgangslöcher 40 durch die Fixierungsplatte 32 in Abständen bereitgestellt, die jeweils den Probeabgabeöffnungen 54 der Mikropipetten 34 entsprechen. Dementsprechend wird die Probelösung, die durch die Probeabgabeöffnung 54 der Mikropipette 34 abgegeben wird, beispielsweise durch das Durchgangsloch 40 hindurch auf die Grundplatte 20 aufgetragen, die unter der Fixierungsplatte 32 fixiert ist.
  • Eine Aufnahmeöffnung 60, die im Wesentlichen L-förmig mit einer großen Öffnungsbreite ist, ist in einem Bereich ausgebildet, der von der Probeeingießöffnung 52 bis ins Innere des Substrats 50 der Mikropipette 34 reicht. Ein erstes Verbindungsloch 62 mit geringem Durchmesser ist zwischen dem Aufnahmehohlraum 60 und dem Hohlraum 56 ausgebildet. Die Probelösung, die durch die Probeeingießöffnung 52 eingeleitet wird, wird durch den Aufnahmehohlraum 60 und das erste Verbindungsloch 62 in den Hohlraum 56 geleitet.
  • Ein zweites Verbindungsloch 64, das mit der Probeabgabeöffnung 54 kommuniziert und einen größeren Durchmesser als das erste Verbindungsloch 62 aufweist, ist an einer anderen Position des Hohlraums 56 als das erste Verbindungsloch 62 ausge bildet. Das erste Verbindungsloch 62 ist an der Unterseite des Hohlraums 56 ausgebildet. Die Position des ersten Verbindungslochs 62 weicht in Richtung der Probeeingießöffnung 52 ab. Das zweite Verbindungsloch 64 ist ebenfalls an der Unterseite des Hohlraums 56 ausgebildet und kommuniziert mit der Probeabgabeöffnung 54.
  • Außerdem ist der Abschnitt des Substrats 50, der mit der Unterseite des Hohlraums 56 in Kontakt steht, dünnwandig, um eine Struktur zu erhalten, die dazu neigt, aufgrund von äußerer Belastung in Vibration versetzt zu werden, wodurch dieser Abschnitt als Vibrationsabschnitt 66 dient. Der Betätigungsabschnitt 58 ist auf der Oberseite des Vibrationsabschnitts 66 ausgebildet.
  • Das Substrat 50 wird durch das Laminieren einer Reihe von grünen Schichten aus Zirkoniumoxidkeramik (erste dünne Plattenschicht 50A, erste Abstandsschicht 50B, zweite dünne Plattenschicht 50C, zweite Abstandsschicht 50D und dritte dünne Plattenschicht 50E), wonach sie zu einer Einheit gesintert werden.
  • Das bedeutet, dass das Substrat 50 durch das Laminieren der dünnwandigen ersten dünnen Plattenschicht 50A, die mit einem Fenster für die Herstellung der Probeeingießöffnung 52 ausgebildet wird und einen Teil des Vibrationsabschnitts 66 darstellt, der dickwandigen ersten Abstandsschicht 50B, die mit einem Teil des Aufnahmehohlraums 60 und einer Vielzahl von Fenstern für die Herstellung des Hohlraums 56 ausgebildet ist, der dünnwandigen zweiten dünnen Plattenschicht 50C, die mit einem Teil des Aufnahmehohlraums 60 und einer Vielzahl von Fenstern für die Herstellung eines Teils des zweiten Verbindungslochs 64 und des ersten Verbindungslochs 62 ausgebildet ist, der dickwandigen zweiten Abstandsschicht 50D, die mit einer Vielzahl von Fenstern für die Herstellung eines Teils des Aufnahmehohlraums 60 und eines Teils des zweiten Verbindungslochs 64 ausgebildet ist, und der dünnwandigen Plattenschicht 50E, die mit einem Fenster für die Herstellung der Probeabgabeöffnung 54 ausgebildet ist, hergestellt wird, die danach zu einer Einheit gesintert werden.
  • Der Betätigungsabschnitt 58 ist so ausgebildet, dass er den oben beschriebenen Vibrationsabschnitt 66 sowie eine untere Elektrode 70, die unmittelbar auf dem Vibrationsabschnitt 66 ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht 72, die beispielsweise aus einer piezoelektrischen/elektrostriktiven Schicht oder einer anti-ferroelektrischen Schicht besteht, die unmittelbar auf der unteren Elektrode 70 ausgebildet ist, und eine obere Elektrode 74 umfasst, die auf der Oberseite der piezoelektrischen Schicht 72 ausgebildet ist.
  • Wie in 5C dargestellt, sind die untere Elektrode 70 und die obere Elektrode 74 über eine Vielzahl von Kontaktstellen 76, 78 elektrisch mit einem nicht dargestellten Stromkreis verbunden.
  • Die wie oben beschrieben aufgebaute Mikropipette 34 wird wie folgt betrieben. Wenn ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode 74 und der unteren Elektrode 70 erzeugt wird, verformt sich die piezoelektrische Schicht 74 und der Vibrationsabschnitt 66 wird in Übereinstimung mit dieser verformt. Dementsprechend wird das Volumen des Hohlraums (Druckkammer) 56, die mit dem Vibrationsabschnitt 66 in Kontakt steht, verringert.
  • Wenn das Volumen des Hohlraums 56 verringert iwrd, wird die Probelösung, die sich im Hohlraum 56 befindet, in einer vorbestimmten Geschwindigkeit aus der Probeabgabeöffnung 54, die mit dem Hohlraum 56 verbunden ist, abgegeben. Wie in 1 dargestellt, ist es möglich, einen DNA-Chip 20 herzustellen, bei dem die Probelösungen, die von den Mikropipetten 34 abgegeben werden, als kleine Spots 80 auf der Grundplatte 10, wie z.B. auf einem Objektträger, angeordnet und fixiert werden.
  • Der Anordnungsabstand der Probeabgabeöffnungen 54 des Spenders 30 ist größer als der Anordnungsabstand der kleinen Spots 80, die auf der Grundplatte 10 ausgebildet werden sollen. Deshalb wird die Probelösung unter Abweichung der Auftragsposition des Spenders 30 aufgetragen.
  • Während dieses Verfahrens werden die kleinen Spots 80, die durch das Auftragen der Probelösung gebildet werden, auch wenn es zur Dispersion aufgrund der Abweichung de Spenders 30 oder des Anordnungsabstands der Probeabgabeöffnungen 54 kommt, jeweils mithilfe der auf der Grundplatte 10 ausgebildeten Vorsprünge 14 an die vorbestimmten Positionen bewegt und die Positionsabweichung wird korrigiert. Dementsprechend kann die Anordnung der großen Anzahl an kleinen Spots 80, die auf der Grundplatte 10 ausgebildet werden sollen, mit dem vorbestimmten Anordnungsabstand übereinstimmen.
  • Außerdem wird die Bewegung der kleinen Spots 80 vorzugsweise durch den Zusatz von Wasser zu der Grundplatte 10 erleichtert, so dass der kleine Spot 10 in Richtung des Vorsprungs 14 bewegt wird. Es ist ebenfalls möglich, zu erwarten, dass die vernetzte Anordnung des kleinen Spots 80, der in Richtung des Vorsprungs 14 angeordnet wird, korrigiert werden kann, wodurch eine hemisphärische Anordnung entsteht, die bevorzugt ist.
  • Eine Vorrichtungsstruktur, die auf dem sogenannten Tintenstrahlsystem beruht kann als Struktur übernommen werden, in der das Volumen des Hohlraums 56 in Abhängigkeit von der Verschiebung des Betätigungsabschnitts 58 verringert wird (siehe Japanische Offenlegungsschrift Patentveröffentlichung Nr. 6-40030).
  • Der Hohlraum (Druckkammer) 56 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ihre Durchflusspassage eine solche Dimension aufweist, dass die Probelösung, die DNA-Fragmente oder dergleichen umfasst, in einer Laminarströmung bewegt wird.
  • Das bedeutet, dass die Dimension des Hohlraums 56 in Abhängigkeit von der Art der Probe, der Größe der Flüssigkeitströpfchen, die hergestellt werden sollen und der Dichte der Ausbildung variiert.
  • Wenn jedoch beispielsweise eine Probe, die durch die Dispersion von DNA-Fragmenten von Basenpaaren von etwa 1 bis 10.000 in einer Pufferlösung (TE-Puffer) in einer Konzentration von 1 μg/μl erhalten wird, in einem Abstand von mehreren hun dert μm aufgetropft werden, um einen Flüssigkeitströpfchendurchmesser von mehreren hundert μmΦ zu erhalten, beträgt die Hohlraumlänge (L) vorzugsweise 1 bis 5 mm, die Hohlraumbreite (W) 0,1 bis 1 mm und die Hohlraumtiefe (D) 0,1 bis 0,5 mm, wie in 7 dargestellt. Vorzugsweise ist die Innenwand des Hohlraums 56 glatt, ohne Vorsprünge, die die Strömung behindern würden. Noch bevorzugter besteht das Material des Hohlraums 56 aus Keramik, die eine gute Affinität in Bezug auf die Probelösung aufweist.
  • Wenn die Form so wie oben beschrieben übernommen wird, kann der Hohlraum 56 als Teil der Durchflusspassage eingesetzt werden, die von der Probeeingießöffnung 52 zu der Probeabgabeöffnung 54 reicht. Die Probe kann in die Probeabgabeöffnung 54 eingeleitet werden, ohne den Fluss der Probelösung zu stören, die von der Probeeingießöffnung 52 über den Aufnahmehohlraum 60 und das erste Verbindungsloch 62 in das Innere des Hohlraums 56 bewegt wird.
  • Wie in 5A dargestellt wird eine Vielzahl von Stiften 38 für die Positionierung und Fixierung der Mikropipetten 34 auf der Oberseite der Fixierungsplatte 32 bereitgestellt. Wenn die Mikropipette 34 auf der Fixierungsplatte 32 fixiert wird, wird die Mikropipette 34 auf der Fixierungsplatte 32 platziert, während die Stifte in die Fixierungsplatte 32 in Positionslöcher 90 eingeführt werden (siehe 5C), die an beiden Seiten des Substrats 50 der Mikropipette 34 bereitgestellt sind. Demnach wird eine Vielzahl von Mikropipetten 34 automatisch angeordnet und in einer vorbestimmten Matrixanordnung positioniert.
  • Jede der Fixierungsvorrichtungen 36 weist eine Halterplatte 100 auf, um die Vielzahl an Mikropipetten 34 gegen die Fixierungsplatte 32 zu drücken. Einführlöcher für das Einführen von Schrauben 102 sind an beiden Endteilen der Halterplatte 100 ausgebildet. Wenn die Schrauben 102 in die Einführlöcher eingeführt werden, werden sie in die Fixierungsplatte 32 geschraubt, wonach die Vielzahl an Mikropipetten 34 mithilfe der Halterplatte 100 auf einmal gegen die Fixierungsplatte 32 gedrückt werden kann. Eine Einheit wird durch die Vielzahl an Mikropipetten 34, die gegen eine Hal terplatte 100 gedrückt werden, gebildet. Das in 5A angeführte Beispiel veranschaulicht einen Fall, in dem eine Einheit aus 5 Mikropipetten 34 besteht, die in einer Reihe angeordnet sind.
  • Die Halterplatte 100 wird durch Einführlöcher 104 (siehe 5B) gebildet, die eingesetzt werden, um die Probelösungen auf die Teile aufzutragen, die den Probeeingießöffnungen 52 der entsprechenden Mikropipetten 34 entsprechen, wenn die Vielzahl an Mikropipetten 34 komprimiert werden. Röhrchen 106 für das Einleiten der Probelösung in die Einführlöcher 104 sind jeweils am oberen Ende der entsprechenden Einführlöcher angebracht.
  • In Anbetracht der Umsetzung einer effizienten Schaltverbindung weist die Breite der Halterplatte 100 vorzugsweise eine Dimension auf, dass die Kontaktstellen 76, 78, die mit den entsprechenden Elektroden 70, 74 des Betätigungsabschnitts 58 verbunden sind, nach oben schauen, wenn die Vielzahl an Mikropipetten 34 gegen die Fixierungsplatte 32 gedrückt wird.
  • Wie oben beschrieben, ist der Spender 30 so ausgebildet, dass die Veilzahl an Mikropipetten 34, die jeweils eine Probeeingießöffnung 52 und eine Probeabgabeöffnung 54 aufweisen, aufrecht bereitgestellt sind, wobei die jeweiligen Probeabgabeöffnungen 54 nach unten gerichtet sind.
  • Wenn ein Spender 30, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, eingesetzt wird, sind verschiedene Verfahren für das Einleiten von Probelösungen unterschiedlicher Art in die jeweiligen Probeeingießöffnungen 52 verfügbar. Wie in 8 dargestellt, steht beispielsweise ein Verfahren zur Verfügung, das auf dem Einsatz einer Patrone 112 basiert, die mit einer großen Anzahl von Vertiefungen (Lagerungsabschnitten) 110 ausgestattet ist, wobei jede Vertiefung einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist. Für dieses Verfahren steht beispielsweise folgendes Verfahren zur Verfügung. Die verschiedenen Probelösungen werden dabei in die entsprechenden Vertiefungen 110 der Patrone 112 gefüllt. Die Patrone 112 wird so angebracht, dass die jeweiligen Vertiefungen 110 mit den entsprechenden Röhrchen 106 in Verbin dung stehen. Die Böden der Vertiefungen 110 werden mit Nadeln oder dergleichen geöffnet. Dementsprechend werden die Probelösungen, die in die entsprechenden Vertiefungen 110 gefüllt worden waren, durch die Röhrchen 106 in die entsprechenden Mikropipetten 34 geleitet.
  • Wenn die Röhrchen 106 nicht eingesetzt werden, steht beispielsweise folgendes Verfahren zur Verfügung. Dabei wird die Patrone 112 so angebracht, dass die jeweiligen Vertiefungen 110 mit den entsprechenden Einführlöchern 104 der Fixierungsvorrichtung 36 in Verbindung stehen. Die Böden der jeweiligen Vertiefungen 110 werden mit Nadeln oder dergleichen geöffnet. Dementsprechend werden die Probelösungen, die in die entsprechenden Vertiefungen 110 gefüllt worden waren, durch die Einführlöcher 104 in die entsprechenden Mikropipetten 34 geleitet. Alternativ dazu können Nadeln oder dergleichen in unmittelbarer Nähe der entsprechenden Einführlöcher 110 der Fixierungsvorrichtung 36 ausgebildet sein, so dass die jeweiligen Vertiefungen 110 gleichzeitig mit dem Anbringen der Patrone 112 an der Fixierungsvorrichtung 36 geöffnet werden.
  • Alternativ dazu wird vorzugsweise ein Mechanismus für das Einleiten von Gas oder dergleichen unter Druck nach dem Öffnen bereitgestellt, um die Probelösungen unter Zwang zu extrudieren. Es ist wünschenswert, einen Mechanismus für das Waschen des Raums zwischen der Probeeingießöffnung 52 zu der Probeabgabeöffnung 54 im Inneren des Substrats jeder Mikropipette 34 bereitzustellen, um beispielsweise mehrere tausend bis mehrere zehntausend Typen oder viele verschiedene DNA-Fragmente als kleine Spots 80 mit einem guten Ausmaß an Reinheit und ohne Verunreinigungen abzugeben.
  • In dem in 5A dargestellten Beispiel werden die beiden Enden der Halterplatte 100 durch Schrauben 102 an der Fixierungsplatte 20 befestigt. Die Halterplatte 100 kann jedoch auch gemäß anderen Verfahren basierend auf einem mechanischen Verfahren unter Einsatz von Schrauben und Federn sowie unter Einsatz eines Haftmittels oder dergleichen fixiert werden.
  • Wie oben beschrieben besteht das Substrat 50 für die Herstellung der Mikropipette 34 aus Keramik, wobei es möglich ist, beispielsweise vollständig stabilisiertes Zirkoniumoxid, teilweise stabilisiertes Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Siliciumnitrid einzusetzen.
  • Von diesen ist vollständig/teilweise stabilisiertes Zirkoniumoxid besonders bevorzugt, da seine mechanische Festigkeit, auch wenn es in Form einer dünnen Platte vorliegt, hoch ist, es eine große Festigkeit und eine geringe Reaktivität mit der piezoelektrischen Schicht 72 und dem Elektrodenmaterial aufweist.
  • Wenn vollständig/teilweise stabilisiertes Zirkoniumoxid beispielsweise als Material für das Substrat 50 eingesetzt wird, umfasst der Teil (Vibrationsabschnitt 66), auf dem der Betätigungsabschnitt 58 ausgebildet ist, vorzugsweise ein Additiv, wie z.B. Aluminiumoxid oder Titandioxid.
  • Als piezoelektrische Keramik für die piezoelektrische Schicht 72 für die Konstruktion des Betätigungsabschnitts 58 können beispielsweise Bleizirconat, Bleititanat, Bleimagnesiumniobat, Bleimagnesiumtantalat, Bleinickelniobat, Bleizinkniobat, Bleimanganniobat, Bleiantimonstannat, Bleimanganwolframat, Bleicobaltniobat und Bariumtitanat sowie Verbundkeramik eingesetzt werden, die durch die Kombination von beliebigen der zuvor angeführten erhaltene Komponenten umfasst. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch aus folgendem Grund vorzugsweise ein Material eingesetzt, das eine Hauptkomponente aus Bleizirconat, Bleititanat und Bleimagnesiumniobatumfasst.
  • Ein solches Material weist nämlich eine hohe elektromechanische Kopplungskonstante und eine hohe piezoelektrische Konstante auf. Zusätzlich dazu weist ein solches Material eine geringe Reaktivität in Bezug auf das Substratmaterial während des Sinterns einer piezoelektrischen Schicht 72 auf, wodurch es möglich ist, das Produkt mit einer vorbestimmten Zusammensetzung beständig herzustellen.
  • In dieser Konstruktion wird außerdem vorzugsweise Keramik eingesetzt, die beispielsweise durch den angemessenen Zusatz von Oxiden von Lanthan, Calcium, Strontium, Molybdän, Wolfram, Barium, Niobium, Zink, Nickel, Mangan, Cerium, Cadmium, Chrom, Cobalt, Antimon, Eisen, Yttrium, Tantal, Lithium, Bismut und Stannum oder einer beliebigen Kombination von diesen oder anderen Verbindungen zu den oben beschriebenen piezoelektrischen Keramikmaterialien erhalten werden.
  • Vorzugsweise wird beispielsweise Keramik eingesetzt, die eine Hauptkomponente aus Bleizirconat, Bleititanat und Bleimagnesiumniobat umfasst und weiters Lanthan und/oder Strontium enthält.
  • Andererseits bestehen die obere Elektrode 74 und die untere Elektrode 70 des Betätigungsabschnitts 58 vorzugsweise aus einem Metall, das bei Raumtemperatur fest und leitfähig ist. Es ist beispielsweise möglich, einfache Metallsubstanzen, wie z.B. Aluminium, Titan, Chrom, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niobium, Molybdän, Ruthenium, Palladium, Rhodium, Silber, Stannum, Tantal, Wolfram, Iridium, Platin, Gold und Blei oder eine Legierung, die durch die Kombination von beliebigen davon erhalten wird, einzusetzen. Vorzugsweise wird ein Cermet-Material, das durch die Dispersion desselben Materials, aus dem die piezoelektrische Schicht 72 oder das Substrat 50 bestehen, in dem oben beschriebenen Metall erhalten wird, eingesetzt.
  • Nun werden unter Bezugnahme auf 9 und 10 verschiedene Verfahren zur Herstellung des DNA-Chips 20 unter Einsatz des Spenders 30 erläutert.
  • Zunächst wird ein erstes Verfahren in 9 dargestellt. Verschiedene Typen von Probelösungen werden aus den jeweiligen Röhrchen 106 durch die Einführlöcher 104 der Fixierungsvorrichtung 36 in die Hohlräume 56 der entsprechenden Mikropipetten 34 geleitet. In der Folge werden die jeweiligen Betätigungsabschnitte 58 betätigt, um die Probelösungen aus den Probeabgabeöffnungen 54 der jeweiligen Mikropipetten 34 abzugeben. In Bezug auf das Verfahren für das Einleiten der Lösung in den Hohlraum 56 kann die Lösung durch die Kapillarkraft der aus der Probeeingießöffnung 52 eingeleiteten Lösung eingeleitet werden. Es ist jedoch verlässlicher, ein Verfahren einzusetzen, bei dem die Lösung durch Vakuumansaugen durch die Probeabgabeöffnung 54 eingeleitet wird.
  • In Bezug auf die Spannungswellenform, die an die jeweilige Elektrode 70, 74 des Betätigungsabschnitts 58 anzulegen ist, wird, wenn der Betätigungsabschnitt 58 auf die EIN-Position gestellt ist, um das Volumen des Hohlraums 56 zu verringern, eine Impulsspannung an die Elektroden 70, 74 angelegt. In diesem Fall wird die Verformung des Vibrationsabschnitts 66 durch eine Steigerung der Impulsamplitude verstärkt, und die Abgabemenge der Probelösung wird in Übereinstimmung damit gesteigert. Wenn eine Vielzahl von Impulsen über einen bestimmten Zeitraum hinweg angewandt werden, kann eine große Anzahl an Probelösungen mit geringer Menge durch eine Verkürzung des Impulszyklus und eine Senkung der Amplitude jedes Pulses abgegeben werden.
  • Während dieses Verfahrens werden die Tröpfchen der aufgetragenen Probelösung, wenn die Auftragposition auf geeignete Weise verändert wird, auf der Grundplatte 10 kombiniert (integriert), wodurch die Probelösung mit einem Ein-Spot-Durchmesser gebildet wird. Es ist jedoch möglich, einen einheitlichen Spot-Durchmesser auf der Grundplatte 10 auszubilden, indem die Anzahl der Auftragvorgänge, die Auftragposition und Menge bei einmaligem Auftragen in Abhängigkeit von der aufzubringenden Probelösung gesteuert werden.
  • Nun wird ein zweites Verfahren, das auf dem Einsatz des Spenders 30 beruht, erläutert. Das zweite Verfahren wird in 10 dargestellt. Eine Substitutionslösung, wie z.B. eine Pufferlösung, eine wässrige Lösung, die NaCl umfasst und eine wässrige Lösung, die ein Polymer umfasst, wird jeweils in den Hohlraum 56 jeder Mikropipette 34 durch jedes Röhrchen 106 durch das Einführloch 14 der Fixierungsvorrichtung 36 eingeleitet. In der Folge wird die Probe durch die Probeeingießöffnung 52 in den Hohlraum 56 eingeleitet, während es zu einer Laminarströmungssubstitution kommt, wobei die Substitution danach abgeschlossen wird. Danach wird der Betätigungsabschnitt 58 so betätigt, dass die Probelösung abgegeben und auf die Grundplatte 10 aufgebracht wird.
  • Vorzugsweise wird die Laminarströmungssubstitution der Probelösung im Hohlraum 56 durch eine Veränderung der Flüssigkeitseigenschaften im Hohlraum 56 erkannt.
  • Vorzugsweise erfolgt die Substitution zwischen der Substitutionslösung und der Probelösung in dem Hohlraum 56 in Form der Laminarströmung. Wenn der Probetyp jedoch verändert wird oder die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit extrem hoch ist, ist es nicht notwendigerweise erforderlich, die Laminarströmung im Hohlraum 56 in Teilen in unmittelbarer Nähe des Verbindungslochs 62 einzusetzen. In diesem Fall wird die Spülmenge der Probelösung aufgrund des Mischens der Probe- und der Substitutionslösung gesteigert. Es ist jedoch möglich, den Anstieg in Bezug auf die Spülmenge so gering wie möglich zu halten, indem die Vollendung der Substitution durch die Veränderung der Flüssigkeitseigenschaften in dem Hohlraum 56 bewertet wird.
  • Die Veränderung der Flüssigkeitseigenschaften in dem Hohlraum 56 wird durch das Anlegen einer Spannung in einem solchen Maß erkannt, das Vibration in dem Betätigungsabschnitt 58 hervorruft und die durch die Vibration hervorgerufene Veränderung der elektrischen Konstante nachgewiesen wird. Ein solches Verfahren für den Nachweis der Veränderung von Flüssigkeitseigenschaften wird beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift Patentveröffentlichung Nr. 8-201265 offenbart.
  • Die elektrische Verbindung mit einer Spannungsquelle für die Ansteuerung der Abgabe wird von dem Betätigungsabschnitt 58 in einem vorbestimmten Intervall unter Einsatz eines Relais getrennt. Gleichzeitig wird ein Mittel zur Messung der Resonanzfrequenz unter Einsatz des Relais angeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Impedanz oder die Resonanzeigenschaften, wie z.B. Resonanzfrequenz oder Schwächungsfaktor, elektrisch gemessen.
  • Dementsprechend ist es möglich, zu erkennen, ob beispielsweise die Viskosität und die spezifische Gravität der Flüssigkeit der Zielprobe (Flüssigkeit, die das DNA-Fragment oder dergleichen umfasst) entspricht. Das bedeutet, dass für jede Mikropi pette 34 die Mikropipette 34 selbst als Sensor funktioniert. Es ist deshalb ebenfalls möglich, die Struktur der Mikropipette 34 zu vereinfachen.
  • Der Betätigungsabschnitt 58 wird unter einer Antriebsbedingung, die der Menge von Flüssigkeitströpfchen entspricht, die für den erforderlichen Spot-Durchmesser geeignet ist, angesteuert und die Probelösung wird wiederholt aufgebracht. Auf diese Weise wird der DNA-Chip 20 hergestellt. Wenn ein kleiner Spot 80 gebildet wird, werden gewöhnlicherweise ein bis mehrere hundert Tröpfchen von der Mikropipette 34 abgegeben.
  • Wenn die Menge der Probe in der Probeeingießöffnung 52 abgenommen hat, wird die Abgabe durch den Zusatz der Pufferlösung fortgesetzt, so dass keine Blase in die Durchflusspassage eintritt. Dementsprechend kann die gesamte Probelösung eingesetzt werden, ohne dass Probelösung in der Mikropipette 34 zurückgelassen wird. Die Vollendung der Substitution von der Probe zu der Substitutionslösung (Vollendung der Probeabgabe) wird durch den Nachweis der Viskosität und der spezifischen Gravität der Flüssigkeit unter Einsatz des Betätigungsabschnitts, wie oben beschrieben, bestätigt.
  • Vorzugsweise werden die Substitutionslösung und die Probelösung so eingesetzt, dass das gelöste Gas in der Lösung zuvor durch ein Entgasungsverfahren entfernt wird. Wenn eine solche Lösung eingesetzt wird und eine Blase die Durchflusspassage blockiert, wodurch das Einleiten der Lösung in die Durchflusspassage der Mikropipette 34 mangelhaft erfolgt, können Unannehmlichkeiten vermieden werden, indem die Blase einfach in der Lösung gelöst wird. Außerdem entsteht während der Abgabe keine Blase in der Flüssigkeit und somit wird auch keine mangelhafte Abgabe verursacht.
  • In dem zweiten oben beschriebenen Verfahren wird die Substitutionslösung, wie z.B. eine Pufferlösung, eine wässrige NaCl-Lösung und eine wässrige Lösung, die ein Polymer umfasst, aus der Probeeingießöffnung 52 in den Hohlraum 56 geleitet, während die Probelösung abgegeben wird, und die Probelösung, die in dem Hohlraum 56 verbleibt, wird vollständig abgegeben, um Vorkehrungen für das nächste Eingießen der Probelösung zu treffen.
  • Wenn überprüft wird, ob Probelösung in dem Hohlraum 56 verblieben ist oder nicht (ob eine Abgabe der Probelösung erfolgt oder nicht), kann dies auch durch eine Überprüfung der Veränderung der Flüssigkeitseigenschaften in dem Hohlraum 56 erfolgen. In diesem Fall kann ein Mechanismus zum Nachweis der Vollendung der Substitution eingesetzt werden, um die Spülmenge der Probe, die nicht verwendet wird, extrem zu senken und die Effizienz beim Einsatz der Probelösung zu steigern.
  • Wenn die Probe von der Probeeingießöffnung 52 in den Hohlraum 56 geleitet wird, wird das Innere des Hohlraums 56 vorzugsweise mit der Probe aus der Probeeingießöffnung 52 substituiert, während der Betätigungsabschnitt 58 bewegt wird. Bei diesem Verfahren kann das Innere des Hohlraums 56 auf verlässliche Weise mit einer kostengünstigen Substitutionslösung zuvor vollständig substituiert werden. In der Folge ist es möglich, das Auftreten von mangelhaftem Abgeben vollständig zu vermeiden und die teure Probe effizient abzugeben.
  • Außerdem kann folgendes Verfahren angewandt werden. Die Substitutionslösung, wie z.B. eine Pufferlösung, eine wässrige NaCl-Lösung und eine wässrige Lösung, die ein Polymer umfasst, wird in den Hohlraum 56 eingeleitet. Die Menge der Substitutionslösung, die in dem Hohlraum 56 und in der Probeeingießöffnung 52 vorhanden ist, wird auf eine vorbestimmte Menge angepasst. In der Folge wird eine vorbestimmte Menge der Probelösung durch die Probeeingießöffnung 52 eingeleitet und der Betätigungsabschnitt 58 wird in einem Ausmaß angesteuert, das einer vorbestimmten Anzahl an Impulsen für das Abgeben der in dem Hohlraum 56 und der Probeeingießöffnung 52 vorhandenen Substitutionslösung entspricht.
  • So wird die richtige Menge an in dem Hohlraum 56 und der Probeeingießöffnung 52 vorhandener Substitutionslösung abgegeben, und es ist möglich, das Einleiten der Probelösung ohne Verluste zu vollenden.
  • Wie oben beschrieben, dient der Vorsprung 14 auf dem DNA-Chip 20 als Positionsabweichungs-Korrekturmittel für die automatische Korrektur der Positionsabweichung der kleinen Spots 80 und wird auf der Grundplatte 10 bereitgestellt. Wenn die Probelösung auf die Grundplatte 10 aufgebracht wird, wird der durch das Auftragen der Probelösung aufzubringende kleine Spot 80 demnach, auch wenn die Auftragposition von der vorbestimmten Position abweicht, mithilfe des Vorsprungs 14 auf die vorbestimmte Position bewegt, und die Positionsabweichung wird korrigiert.
  • Wie oben beschrieben, ist es möglich, einen Zustand zu erreichen, in dem der Anordnungszustand einer großen Anzahl von kleinen Spots 80, die auf der Grundplatte 10 ausgebildet werden, einem vorbestimmten Anordnungsabstand entspricht, auch wenn es beim Abweichungsausmaß des Spenders 30 oder des Anordnungsabstands der Probeabgabeöffnungen 54 zu Dispersion kommt. Demnach ist es möglich, die Qualität des DNA-Chips 20 und die Ausbeute zu verbessern.
  • Nun werden unter Bezugnahme auf 11 bis 15B modifizierte Konstruktionen des Positionsabweichungs-Korrekturmittels erläutert, das für die Grundplatte 10 bereitgestellt wird.
  • Wie in 11 dargestellt, ist die hier dargestellte Ausführungsform insofern anders, als dass sich die Oberflächenbeschaffenheit des Anteils, in dem der kleine Spot auszubilden ist, von der der anderen Teile der Grundplatte 10 unterscheidet.
  • Wenn ein Teil des kleinen Spots 80 bei dessen Bildung durch das Auftragen der Probelösung auf die Grundplatte 10 mit einem anderen Teil als der rauen Oberfläche 22 (siehe unterbrochene Linie) in Kontakt tritt, wird der kleine Spot 80 durch seine Oberflächenspannung bewegt und das Zentrum des kleinen Spots 80 kann an der vorbestimmten Position angeordnet werden. Bei dieser Anordnung wird, auch wenn ein Teil des kleinen Spots 80 mit einem anderen Teil als der rauen Oberfläche 22 in Kontakt tritt, nach der Bewegung der Probelösung keine Spur auf einem anderen Teil als der rauen Oberfläche 22 ausgebildet. Die Form des Spots nach der Immobilisierung entspricht der Form, die ausschließlich durch die raue Oberfläche 22 ausgebil det wird. Die Dispersion der Form wird demnach reduziert. Der kleine Spot 80 wird aufgrund der großen Kontaktfläche, da die Kontaktfläche der rauen Oberfläche entspricht, fest auf der Grundplatte 10 fixiert. Es ist möglich, das Auseinanderfließen der Probelösung bei der Immobilisierung nach dem Auftragen des Spots zu reduzieren.
  • Bei der Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere bei der Ausbildung der rauen Oberfläche 22 in der oben beschriebenen Ausführungsform aus 11, kann eine große Menge an Grundplatten gleichzeitig verarbeitet werden, beispielsweise durch Strahlbearbeitung, Laserbearbeitung und Schneidbearbeitung. Diese Verfahren sind zu bevorzugen, da sie kostengünstig durchgeführt werden können.
  • Bei der Vorrichtung in 12, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, wird eine große Anzahl an Elektrodenstrukturen 130 basierend auf einem Metallfilm in Abschnitten ausgebildet, die den Positionen entsprechen, an denen die kleinen Spots ausgebildet werden sollen, wobei diese Strukturen in einer Schicht unter einer Poly-L-lysin-Schicht 12 auf der Grundplatte 10 liegen. Außerdem wird eine gemeinsame Elektrodenstruktur 132 basierend auf einem Metallfilm, die den Strukturen der entsprechenden Elektroden 130 gemeinsam ist, in einer Schicht darunter ausgebildet.
  • Eine Spannungsquelle 134 wird beispielsweise zwischen der gemeinsamen Elektrodenstruktur 132 und Masse angeschlossen. Die entsprechenden Elektrodenstrukturen 130 werden beispielsweise positiv geladen. In diesem Zustand wird der kleine Spot 80, wenn dieser durch das Auftragen der Probelösung auf die Grundplatte 10 gebildet wird, durch die Anziehungskraft des elektrischen Feldes auf die Elektrodenstruktur 130 gezogen, wenn ein Teil des kleinen Spots 80 mit dem Teil über der Elektrodenstruktur 130 (siehe unterbrochene Linien) in Kontakt tritt, da die Probelösung, die den kleinen Spot 80 bildet, negativ geladen ist. Demnach wird das Zentrum des kleinen Spots 80 an der vorbestimmten Position angeordnet.
  • Wenn die Intensität des elektrischen Felds gesteigert wird, wird das Flüssigkeitströpfchen 140, das von der Probeabgabeöffnung 54 jeder Mikropipette 34 abgegeben wird, in Bezug auf seine Richtung in der Luft korrigiert, so dass diese Richtung auf die entsprechende Elektrodenstruktur 130 ausgerichtet wird. Der kleine Spot 80, der auf das Flüssigkeitströpfchen 140 zurückzuführen ist, fällt korrekt auf die korrespondierende Elektrodenstruktur 130. In diesem Fall wird das Flüssigkeitströpfchen 140 nicht auf der Oberfläche der Grundplatte 10 bewegt. Deshalb kann erreicht werden, dass keine Spur durch die Bewegung des Flüssigkeitströpfchens entsteht, und es ist möglich, eine stabile (einheitliche) Form des Spots zu erzielen.
  • Wie in 13 dargestellt, basiert eine weitere Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, im Wesentlichen auf demselben Prinzip wie die Vorrichtung in 12. Jedoch werden vorbestimmte Elektrodenstrukturen 130, 132 in einem Element 142 bereitgestellt, auf dem die Grundplatte 10 platziert und fixiert wird. Bei dieser Anordnung ist es nicht erforderlich, die Elektrodenstrukturen 130, 132 auf der Grundplatte 10 bereitzustellen. Deshalb kann dahingehend ein Vorteil erzielt werden, dass diese modifizierte Konstruktion kostengünstig ausgeführt werden kann.
  • Eine modifizierte Vorrichtung, die nicht Teil des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, wird in 14 dargestellt. Bei dieser modifizierten Vorrichtung besteht die Grundplatte 10 beispielsweise aus Glas, vorbestimmte Elektrodenstrukturen 130, 132 werden in der Grundplatte 10 ausgebildet, und insbesondere die Elektrodenstruktur 130 ist auf der Oberfläche der Grundplatte 10 freigelegt. Die Spannung wird an die Elektrodenstrukturen 130, 132 unter Einsatz einer in einer Stufe 142 ausgebildeten Elektrode 144 angelegt.
  • Bei dieser Vorrichtung ist die Glasoberfläche der Grundplatte 10 wasserabweisend, und die Elektrodenstruktur 130, die auf der Glasoberfläche freigelegt ist, ist hydrophil. Bei der Bildung eines kleinen Spots 80 durch das Auftragen der Probelösung auf die Grundplatte 10, wie in 15A dargestellt, wird der kleine Spot 80 beispielsweise, wenn ein Teil desselben mit der wasserabweisenden Glasoberfläche in Kontakt tritt (siehe unterbrochene Linie) durch die Oberflächenspannung des kleinen Spots 80 und die wasserabweisende Funktion der Glasoberfläche bewegt. Demnach kann das Zentrum des kleinen Spots 80 an der vorbestimmten Position angeordnet werden. In dieser Anordnung bildet sich, auch wenn ein Teil des kleinen Spots 80 die Glasoberfläche berührt, keine Spur der Bewegung der Probelösung, da die Glasoberfläche wasserabweisend ist. Die Form des Spots nach der Immobilisierung wird nur durch den hydrophilen Teil bestimmt. Somit wird die Dispersion der Form reduziert.
  • Wenn die Intensität des elektrischen Felds, wie in 15 B dargestellt, gesteigert wird, wird die Richtung des Flüssigkeitströpfchens 140, das im Fallen begriffen ist, in der Luft korrigiert, so dass die Richtung, auf dieselbe Weise wie in der zuvor beschriebenen modifizierten Ausführungsform, in Bezug auf die entsprechende Elektrodenstruktur 130 ausgerichtet wird. Der kleine Spot 80, der auf dem Flüssigkeitströpfchen 140 basiert, fällt korrekt auf die entsprechende Elektrodenstruktur 130. In diesem Fall wird das Flüssigkeitströpfchen 140 nicht auf der Oberfläche der Grundplatte 10 bewegt. Deshalb wird erreicht, dass keine Spur durch die Bewegung des Flüssigkeitströpfchens entsteht, und es ist möglich, eine stabile (einheitliche) Form der Spots zu erzielen.
  • Das Material für die Grundplatte 10 ist nicht auf Glas beschränkt, sondern es kann sich auch um isolierende Materialien, wie z.B. Keramik oder Kunststoff, handeln.
  • Wie oben beschrieben, kann der Anordnungszustand einer großen Anzahl von kleinen Spots 80, die auf der Grundplatte 10 ausgebildet werden, einem vorbestimmten Anordnungsabstand entsprechen, auch wenn es beim Abweichungsausmaß des Spenders 30 oder des Anordnungsabstands der Probeabgabeöffnungen 54 zu Dispersion kommt, wie bei der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform. Demnach ist es möglich, die Qualität des DNA-Chips 20 zu verbessern und die Ausbeute zu steigern.

Claims (2)

  1. DNA-Chip, umfassend eine große Anzahl an kleinen Spots (80), die durch Aufbringen von Probenlösungen auf einer Grundplatte (10) ausgebildet werden, worin die Grundplatte (10) mit einem Positionsabweichungs-Korrekturmittel zum automatischen Korrigieren einer Positionsabweichung der kleinen Spots (80) während ihres Aufbringens bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsabweichungs-Korrekturmittel für jeden Spot ein Oberflächenabschnitt (22) der Grundplatte (10) ist, welcher den Spot aufnimmt und, verglichen mit dem umgebenden Oberflächenbereich der Grundplatte (10), relativ rau ist.
  2. Verfahren zur Herstellung eines DNA-Chips, indem eine große Anzahl an Probenlösungen auf eine Grundplatte (10) aufgetragen wird, worin die Grundplatte (10) mit einem Positionsabweichungs-Korrekturmittel zum automatischen Korrigieren der Positionsabweichung der kleinen Spots (80) während ihres Aufbringens bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsabweichungs-Korrekturmittel für jeden Spot ein Oberflächenabschnitt (22) der Grundplatte (10) ist, welcher den Spot aufnimmt und, verglichen mit dem umgebenden Oberflächenbereich der Grundplatte (10), relativ rau ist.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6861034B1 (en) 2000-11-22 2005-03-01 Xerox Corporation Priming mechanisms for drop ejection devices
US6740530B1 (en) 2000-11-22 2004-05-25 Xerox Corporation Testing method and configurations for multi-ejector system
US6713022B1 (en) * 2000-11-22 2004-03-30 Xerox Corporation Devices for biofluid drop ejection
US20050226786A1 (en) * 2001-03-08 2005-10-13 Hager David C Multi-well apparatus
US7413910B2 (en) * 2001-03-08 2008-08-19 Exelixis, Inc. Multi-well apparatus
EP1385000B1 (de) * 2001-05-01 2007-11-21 Ngk Insulators, Ltd. Verfahren zur herstellung eines biochips
US7295555B2 (en) 2002-03-08 2007-11-13 Broadcom Corporation System and method for identifying upper layer protocol message boundaries
US7833800B2 (en) * 2002-04-01 2010-11-16 Palo Alto Research Center Incorporated Thermal sensing with bridge circuitry
US7473030B2 (en) * 2002-04-01 2009-01-06 Palo Alto Research Center Incorporated Thermal sensing
US7473031B2 (en) * 2002-04-01 2009-01-06 Palo Alto Research Center, Incorporated Resistive thermal sensing
US7754492B2 (en) 2002-04-01 2010-07-13 Palo Alto Research Center Incorporated Thermal sensing device
US6858464B2 (en) 2002-06-19 2005-02-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing light emitting device
US7934021B2 (en) 2002-08-29 2011-04-26 Broadcom Corporation System and method for network interfacing
US7583586B2 (en) * 2004-07-02 2009-09-01 Samsung Electronics Co., Ltd Apparatus and method for transmitting/receiving pilot signal in communication system using OFDM scheme
US8617895B2 (en) 2004-09-23 2013-12-31 Tripath Imaging, Inc. Polycationic quaternary ammonium polymer coatings for immobilizing biological samples
JP4103009B2 (ja) * 2005-03-23 2008-06-18 セイコーエプソン株式会社 液滴吐出装置、およびマイクロアレイ製造方法
DE502006003875D1 (de) * 2006-03-07 2009-07-16 Micronas Holding Gmbh Trägeroberfläche mit hydrophoben und hydrophilen Regionen
US7632008B2 (en) * 2007-06-08 2009-12-15 Palo Alto Research Center Incorporated Ranking fragment types with calorimetry
MX2010002079A (es) * 2007-08-24 2010-08-09 Advanced Liquid Logic Inc Manipulacion de esferas en un inyector de gotas.

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3915920A1 (de) * 1989-05-16 1990-11-22 Messerschmitt Boelkow Blohm Mikromechanische struktur
ATE262374T1 (de) * 1991-11-22 2004-04-15 Affymetrix Inc Kombinatorische strategien für polymersynthese
JP3144948B2 (ja) 1992-05-27 2001-03-12 日本碍子株式会社 インクジェットプリントヘッド
US6099803A (en) * 1994-07-07 2000-08-08 Nanogen, Inc. Advanced active electronic devices for molecular biological analysis and diagnostics
US5486337A (en) * 1994-02-18 1996-01-23 General Atomics Device for electrostatic manipulation of droplets
US6121048A (en) * 1994-10-18 2000-09-19 Zaffaroni; Alejandro C. Method of conducting a plurality of reactions
JP3388060B2 (ja) 1994-11-25 2003-03-17 日本碍子株式会社 流体の特性測定用素子及び流体の特性測定装置
US6004752A (en) * 1997-07-29 1999-12-21 Sarnoff Corporation Solid support with attached molecules
JP4313861B2 (ja) * 1997-08-01 2009-08-12 キヤノン株式会社 プローブアレイの製造方法
US6123819A (en) * 1997-11-12 2000-09-26 Protiveris, Inc. Nanoelectrode arrays
JP4387588B2 (ja) * 1998-02-04 2009-12-16 メルク エンド カムパニー インコーポレーテッド 高スループットスクリーニングアッセイ用仮想ウェル
FR2781886B1 (fr) * 1998-07-31 2001-02-16 Commissariat Energie Atomique Micro-systeme a multiple points d'analyse chimique ou biologique
FR2783179B1 (fr) * 1998-09-16 2000-10-06 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'analyse chimique ou biologique comprenant une pluralite de sites d'analyse sur un support, et son procede de fabrication
US6362004B1 (en) * 1999-11-09 2002-03-26 Packard Biochip Technologies, Llc Apparatus and method for using fiducial marks on a microarray substrate

Also Published As

Publication number Publication date
US6649343B1 (en) 2003-11-18
US20030104465A1 (en) 2003-06-05
EP1094318B1 (de) 2007-03-28
ATE358277T1 (de) 2007-04-15
EP1094318A2 (de) 2001-04-25
DE60034095D1 (de) 2007-05-10
EP1094318A3 (de) 2003-06-18

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