EP1859284A1 - Device and method for applying a plurality of micro droplets to a substrate - Google Patents

Device and method for applying a plurality of micro droplets to a substrate

Info

Publication number
EP1859284A1
EP1859284A1 EP05733588A EP05733588A EP1859284A1 EP 1859284 A1 EP1859284 A1 EP 1859284A1 EP 05733588 A EP05733588 A EP 05733588A EP 05733588 A EP05733588 A EP 05733588A EP 1859284 A1 EP1859284 A1 EP 1859284A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
substrate
microns
bores
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05733588A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Kuoni
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuoni A
Original Assignee
Kuoni A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuoni A filed Critical Kuoni A
Publication of EP1859284A1 publication Critical patent/EP1859284A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241—Drop counters; Drop formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/0036—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00659—Two-dimensional arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/021—Adjust spacings in an array of wells, pipettes or holders, format transfer between arrays of different size or geometry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829—Multi-well plates; Microtitration plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/02—Drop detachment mechanisms of single droplets from nozzles or pins
    • B01L2400/022—Drop detachment mechanisms of single droplets from nozzles or pins droplet contacts the surface of the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B60/00—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
    • C40B60/14—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027—General features of the devices
    • G01N2035/1034—Transferring microquantities of liquid
    • G01N2035/1039—Micropipettes, e.g. microcapillary tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1065—Multiple transfer devices
    • G01N35/1074—Multiple transfer devices arranged in a two-dimensional array
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for applying a plurality of microdroplets to a substrate, and more particularly to such an apparatus and method that enables the simultaneous deposition of a plurality of microdroplets.
  • Devices and methods of this type are known and generally serve to produce so-called biochips, in which a plurality of different analytes are applied to a substrate in order to detect different substances in an unknown sample.
  • FIG. 5 of WO 01/171669 (which corresponds to the attached FIG. 1), a device is shown which comprises a structured silicon substrate 2, a plate 4 applied to the silicon substrate 2, and a layer 6 applied to the plate 4 a positive displacement membrane 8 is formed.
  • the silicon substrate 2 has media lines 26, which connect the media reservoirs 28 of the plate 4 with nozzles 14.
  • the plate 4 has a central recess or bore 30, which serves as a pressure chamber, and additional holes 32, which are each arranged via a media reservoir 28 and increase the capacity of these media reservoirs 28.
  • the number of media reservoirs 28 is small because these media reservoirs 28 are large (see FIG. 4 of WO 01/171669 corresponding to the appended FIG. 2).
  • the actuation of the membrane 8 is not reliable and since the pressure is not generated via the media reservoirs 28 but centrally via the nozzles 14, this pressure is not very efficient and therefore the media 34 can not reach the bottom surface of the silicon substrate 2 quickly.
  • Object of the present invention is to provide a device of the type mentioned in such a way that these at least
  • a device which has the following features: a plate having a plurality of holes, and
  • a floor connected to the plate and having a plurality of channels
  • each channel of the bottom on one of the plate-facing side has an inlet opening and on a side facing away from the plate has an outlet opening
  • each bore of the plate is associated with a single channel.
  • all holes are substantially identical.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the arrangement of the output openings of the channels of the bottom of the arrangement corresponds to the holes of the plate.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that all output ports are substantially identical.
  • the outlet openings are regularly arranged around the center line of the floor.
  • the plate has dimensions of 10 to 15 cm x 6 to 10 cm x 0.3 to 3 cm, preferably 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm.
  • the bottom has dimensions of 10 to 15 cm x 6 to 10 cm x 0.01 to 0.03 cm, preferably 11.5 cm x 7.5 cm x 0.015 cm.
  • the width and the height of the channels are between 10 and 100 ⁇ m, preferably between 30 and 70 ⁇ m.
  • the inlet openings have a diameter of 100 to 500, preferably from 220 microns to 270 microns and the outlet openings have a diameter of 20 microns to 100 microns, preferably from 40 microns to 80 microns.
  • the surface energy of the material constituting the soil is less than 35 mN / m, preferably less than 28 mN / m.
  • the bottom consists of at least two films of commercial polyimide for hot pressing.
  • the thickness of the polyimide films is between 25 and 200 ⁇ m, preferably between 50 and 150 ⁇ m.
  • a further embodiment provides that the device further comprises a pressure means for acting on the bores with a pressure.
  • the pressure medium consists of a lid which forms a chamber with the plate above the bores and has a pressure opening.
  • the lid is equipped on its side facing the plate with a seal surrounding the holes and connecting the lid to the plate.
  • the device has at least one sensor on the bottom surface of the bottom.
  • the sensor is a capacitive sensor.
  • a further advantageous embodiment provides that the sensor consists of two separate from each other by an insulating layer electrodes, one of these electrodes is movable.
  • the invention also provides a process for the production of the novel device in which
  • each channel of the bottom on one of the plate-facing side has an inlet opening and on a side facing away from the plate has an outlet opening
  • Another object of the invention is the use of the inventive device for applying a plurality of microdroplets to at least one substrate.
  • the invention also provides a method for applying a multiplicity of microdroplets to a substrate by means of a device according to the invention, comprising the following steps:
  • a device is used with a pressure medium and the holes are pressurized in the course of one between steps a) and b) provided step d).
  • a device is used with a lid which forms a chamber with the plate above the holes and a
  • the value of the relative pressure is between 0 mbar and 1000 mbar, preferably between 10 mbar and 30 mbar.
  • the application and the removal of the substrate in steps b) and c) are controlled by means of a sensor.
  • the steps b), c) and optionally d) are repeated for a plurality of substrates.
  • steps b), c) and optionally) d between 1 and 2'00OOOO, preferably repeated between 1'000 and 1 1O OOO times.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a prior art device (this figure corresponds to Figure 5 of WO 01/17669);
  • Figure 2 is a schematic plan view of the device shown in Figure 1 (this figure corresponds to Figure 4 of WO 01/17669).
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a device according to the invention.
  • Figure 4 is a plan view of a plate of the device according to the invention.
  • Figure 5 is a bottom view of a bottom of the device according to the invention.
  • Figure 6 is a plan view of a bottom of the device according to the invention.
  • Figure 7 is a schematic cross-sectional view of a device according to another embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a schematic cross-sectional view of a device according to another embodiment of the invention.
  • Figure 9 is a schematic cross-sectional view of a device according to another embodiment of the invention.
  • the inventive device is shown in Fig. 3. It has a plate 50 having a plurality of bores 51, and a bottom 52 which is connected to the plate 50 and has a plurality of channels 53.
  • Each channel 53 of the bottom 52 comprises an inlet opening 54 on a side facing the plate 50 and an outlet opening 55 on a side facing away from the plate 50.
  • each bore 51 of the plate 50 is associated with a single channel 53. Namely, such a configuration has the great advantages that when using the device, a mixing of the liquid emerging from the bores 51 is prevented and that the bores 51 can form a simple grid, which generally has a regular geometry.
  • all holes 51 are substantially identical.
  • the plate 50 may be a standard microplate.
  • a microplate may consist of commercial PS or PP material. It usually forms a grid of 8x12, 16x24, 32x48, etc. holes.
  • Such a standard microplate has commercial dimensions of 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm.
  • the bottom 50 is generally in the form of a plate and its length and width must of course be at least so large that all holes 51 can be included.
  • the floor 50 may have similar dimensions as the panel 50.
  • Fig. 4 illustrates the upper surface of the plate 50 and Fig. 5 the lower surface of the bottom 52. From a comparison of these two figures with each other, it can be seen that the distance a between the center lines of two adjacent output openings 55 is smaller than the distance A between the centerlines of two adjacent entrance openings 54 is.
  • the channels 53 converge from their inlet openings 54 to their outlet openings 55 and they are compared to the grid formed by the holes 51 to a miniaturized, the grid of the plate 50 corresponding format summarized.
  • the channels 53, or the exit openings 55 converge, preferably by a regular arrangement about the center line M of the bottom 52.
  • Center line M is the line perpendicular to the side in contact with the plate 50 is.
  • the plate shown in Fig. 4 comprises 16 x 24 holes 51 ..
  • FIG. 6 shows a plan view of a bottom 52 which can cooperate with the plate of FIG. 4. From this figure it can be seen how the channels 53 converge from the entrance openings 54 with their exit openings 55 to the center or center line of the floor.
  • the thickness of the bottom 52 may be very variable and there may be multiple levels of channels 53.
  • the floor 52 may be made of different materials.
  • the floor 50 may consist of at least two foils into which the channels 53 and entrance openings 54 are etched and sealed. Subsequently, the exit openings (55) are mounted in the sealed film.
  • These channels 53 with their entrance and exit ports 54, 55 can be made by commercial processes (e.g., dry etching, laser ablation). The sealing happens by pressing together and heating the films with a commercial hot press.
  • the channels typically have a width of 10 to 100 ⁇ m and a height of 10 to 100 ⁇ m.
  • the width and the height are between 30 and 70 microns.
  • the entrance openings 54 may have a diameter of 100 to 500 microns and are arranged in a grid which reproduces the grid of the plate.
  • the cross-sectional area of the exit openings 55 is smaller than the cross-sectional area of the entrance openings 54, ie, a diameter of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • all exit ports 55 are substantially identical so that the same amount of each liquid can be applied to the substrate when using the device.
  • the arrangement of the exit openings 55 of the channels 53 of the bottom 52 corresponds to the arrangement of the bores 51 of the plate 50.
  • the first exit port 55 in the first exit port line of the first bore 51 in the first bore line corresponds to the second exit port in FIG second exit opening line of the second bore 51 in the second bore line, etc.
  • Such a floor is then referred to as a "structured floor”.
  • the surface energy of the soil is less than 35 mN / m, in particular less than 28 mN / m.
  • the bottom consists of one or more polyimide films.
  • the material polyimide has a low surface energy, which is less than 35 mN / m.
  • polyimide is stable in many solvents, also stable in the context of DMSO (dimethylsulfoxide), which is very often used.
  • polyimide films are produced in large quantities for the flexprint and electronics industries. This guarantees a low purchase price of the raw material and thus also a low selling price of the final product (ie the device).
  • polyimide As polyimide, the polyimides which are among the
  • the thickness of the polyimide film is generally between 25 and 200 .mu.m, preferably between 50 .mu.m and 150 .mu.m.
  • the floor 50 may also consist of several foils.
  • the produced channels of a film are closed by connecting the film with another film.
  • the individual films are fused together under pressure and simultaneous heating with a commercially available thermo-compressive hydraulic or mechanical press without melting the channels.
  • the device further comprises a pressure means for acting on the bores 51 with a pressure.
  • the pressure serves to accelerate the circulation of the liquids from the bores 51 to the outlet openings 55.
  • the pressure medium consists of a lid 56 which forms a chamber 57 with the plate 50 via the bores 51 and has a pressure opening 58.
  • the cover 56 is equipped on its side facing the plate with a seal to ensure the tightness of the chamber 57.
  • the seal may be a sealing ring 59 which surrounds all bores 51 and connects the lid 56 to the plate 50.
  • the lid 56 can be exchanged with (not shown)
  • FIG. 8 shows another embodiment of the invention wherein the device has at least one sensor 60 on the lower surface of the bottom 52.
  • the senor 60 is a capacitive sensor 60 which advantageously consists of two electrodes 61, 62 separated from each other by an insulating layer 63, one (62) of which is movable.
  • the movable electrode 62 is provided on its upper surface with an insulating layer which electrically isolates it from the substrate when using the device.
  • the plate 50 is connected to the bottom 52.
  • the bonding can be done with or without adhesive. Without adhesive, a thermo-compressive process is usually used.
  • a flexible film is used as the bottom 52, this film becomes a solid solid plate by bonding the bottom 52 to the plate 50.
  • the device is preferably used to apply a plurality of microdroplets to a substrate.
  • the plate 50 and the bottom 52 are then normally horizontal.
  • the supply of the holes 51 can be done by means of standard automatic pipetting.
  • substrates can be printed, in general of up to 10'0OO 2OOO 1 OOO.
  • each bore 51 is filled with a different liquid. A portion of each liquid is transferred to the substrate in step b). This happens for all output ports 55 at the same time.
  • the liquids may contain biological substances such as e.g. Oligonucleotides, DNA (deoxyribonucleic acid), etc.
  • the printed substrate has a grid of liquid droplets in high density.
  • the size of a liquid droplet depends on the respective outlet opening 55. In other words, the grid is given by the outlet openings 55.
  • a device is used with a pressure medium and the bore are in the course of a step d) between the steps a) and b) applied with a pressure.
  • a device is used with a lid 56 which forms a chamber 57 with the plate above the bores 51 and has a pressure opening 58, and a pressure is introduced through the pressure opening 58.
  • the pressure may consist of a compressed gas, for example a neutral gas such as nitrogen, helium, or a compressed gas mixture such as compressed air.
  • a neutral gas such as nitrogen, helium
  • a compressed gas mixture such as compressed air.
  • the value of the relative pressure is generally between 0 mbar and 1000 mbar, preferably between 10 mbar and 30 mbar.
  • the bores 51 act as reservoirs for the various liquids. By applying the pressure to the holes 51, the various liquids are pushed into the channels 53 and flow to the outlet opening 55, where they are stopped by the surface tension.
  • a device with a seal is used.
  • Gasket (e.g., seal ring 59) also permits sealing of the plate from atmospheric pressure.
  • the application and the removal of the substrate in steps b) and c) are controlled by means of a sensor.
  • the acceleration for contacting the substrate, the driving away of the substrate and the residence time can be controlled.
  • a simple commercial z-axis robotics with control can be used.
  • Such a controller 64 is connected to the sensor 61, 62 as shown in FIG.
  • the controller may also control the switching on and off of the application of the gas or gas mixture.
  • the steps b), c) and optionally d) can be repeated for a multiplicity of substrates.
  • steps b), c) and optionally d) are repeated until the bores 51 are empty.
  • steps b), c) and optionally d) between 1 and 2'000'00O are preferably carried out between 1000 and 10'000 times.
  • the pressure can be changed and optimized or left out, depending on the properties of the liquids.
  • the displacement of the substrate 65 can be accomplished by means of a commercially available conveyor belt 66. Other types of automatic drives are also possible.
  • the 65 for fluid transfer is controlled. This can be done simply by adjusting the z-coordinates or by inserting the capacitive Sensors 61, 62 accomplished.
  • the electrode 62 then contacts the substrate 65.
  • the control electronics measures the capacitance and controls the distance between the output openings 55 and the substrate 65.
  • Another advantage of the invention is that developed processes of the flexprint industry can be used after small changes, which keeps the production costs low. The invention is then made by mass production methods.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for applying a plurality of micro droplets to a substrate (65) comprising a plate (50) provided with a plurality of bore holes (51) and a bottom (52) which is connected to said plate (50) and is provided with a plurality of channels (53). The inventive device is characterised in that each bore hole (51) of the plate (50) is assigned to only one channel (53) of the bottom (52). A method for producing the inventive device, the use thereof for applying a plurality of micro droplets to the substrate (65) and a method for applying a plurality of micro droplets to the substrate (65) are also disclosed.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM AUFBRINGEN EINER VIELZAHL VON MIKROTRÖPFCHEN AUF EIN SUBSTRAT DEVICE AND METHOD FOR APPLYING A VARIETY OF MICROTOPS TO A SUBSTRATE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat, und insbesondere eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren, die das gleichzeitige Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen ermöglichen.The present invention relates to an apparatus and method for applying a plurality of microdroplets to a substrate, and more particularly to such an apparatus and method that enables the simultaneous deposition of a plurality of microdroplets.
Stand der TechnikState of the art
Vorrichtungen und Verfahren dieser Art sind bekannt und dienen im allgemeinen dem Erzeugen sogenannter Biochips, bei denen eine Vielzahl unterschiedlicher Analyte auf ein Substrat aufgebracht ist, um unterschiedliche Stoffe in einer unbekannten Probe nachzuweisen.Devices and methods of this type are known and generally serve to produce so-called biochips, in which a plurality of different analytes are applied to a substrate in order to detect different substances in an unknown sample.
So ist beispielsweise in Figur 5 von WO 01/171669 (die der beigefügten Figur 1 entspricht) eine Vorrichtung dargestellt, die aus einem strukturierten Siliziumsubstrat 2, einer auf das Siliziumsubstrat 2 aufgebrachten Platte 4, sowie einer auf die Platte 4 aufgebrachten Schicht 6, in der eine Verdrängermembran 8 gebildet ist, besteht.Thus, for example, in FIG. 5 of WO 01/171669 (which corresponds to the attached FIG. 1), a device is shown which comprises a structured silicon substrate 2, a plate 4 applied to the silicon substrate 2, and a layer 6 applied to the plate 4 a positive displacement membrane 8 is formed.
Das Siliziumsubstrat 2 weist Medienleitungen 26 auf, welche die Medienreservoire 28 der Platte 4 mit Düsen 14 verbinden.The silicon substrate 2 has media lines 26, which connect the media reservoirs 28 of the plate 4 with nozzles 14.
Die Platte 4 weist eine zentrale Ausnehmung oder Bohrung 30, die als Druckkammer dient, und zusätzliche Bohrungen 32, die jeweils über ein Medienreservoir 28 angeordnet sind und die Kapazität dieser Medienreservoire 28 erhöhen.The plate 4 has a central recess or bore 30, which serves as a pressure chamber, and additional holes 32, which are each arranged via a media reservoir 28 and increase the capacity of these media reservoirs 28.
Durch ein Drücken auf die Verdrängermembran 8 wird ein Druck erzeugt, der die sich in den Düsen 14 befindenden Medien 34 anstossen, damit diese Medien durch die Düsen 14 fliessen und die untere Fläche des Siliziumsubstrat 2 erreichen. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist es zum einen, dass eine spezielle Platte, die neben den Bohrungen 32 für die Medienreservoire 28, eine zentrale Bohrung 30 besitzt, gebildet werden muss. Diese zentrale Bohrung 30 ist allen Düsen 14 zugeordnet. Das heisst, dass eine solche Platte 4 speziell für diese Vorrichtung mit grossem Aufwand hergestellt werden soll.By pressing on the displacement diaphragm 8, a pressure is generated which abuts the media 34 located in the nozzles 14, so that these media flow through the nozzles 14 and reach the lower surface of the silicon substrate 2. A disadvantage of this device, on the one hand, that a special plate, which has a central bore 30 in addition to the holes 32 for the media reservoirs 28, must be formed. This central bore 30 is associated with all nozzles 14. This means that such a plate 4 is to be made especially for this device with great effort.
Zum anderen ist die Zahl der Medienreservoire 28 klein, weil diese Medienreservoire 28 gross sind (siehe Figur 4 von WO 01/171669, die den beigefügten Figur 2 entspricht).On the other hand, the number of media reservoirs 28 is small because these media reservoirs 28 are large (see FIG. 4 of WO 01/171669 corresponding to the appended FIG. 2).
Weiterhin ist die Betätigung der Membran 8 nicht zuverlässig und da der Druck nicht über den Medienreservoire 28 sondern zentral über die Düsen 14 erzeugt wird, ist dieser Druck nicht sehr effizient und deshalb können die Medien 34 nicht schnell die untere Fläche des Siliziumsubstrates 2 erreichen.Furthermore, the actuation of the membrane 8 is not reliable and since the pressure is not generated via the media reservoirs 28 but centrally via the nozzles 14, this pressure is not very efficient and therefore the media 34 can not reach the bottom surface of the silicon substrate 2 quickly.
Schliesslich besteht immer das Risiko, dass sich die Medien 34 in der zentralen Bohrung 30 vermischen.Finally, there is always the risk that the media 34 mix in the central bore 30.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass diese wenigstensObject of the present invention is to provide a device of the type mentioned in such a way that these at least
ein Vermischen der Flüssigkeiten sicherlich vermindert,a mixing of liquids certainly diminished,
eine einfache Platte benutzt,a simple plate used
kostengünstig herstellbar ist, undis inexpensive to produce, and
ein effizientes, zuverlässiges und reproduzierbares Aufbringen von vielen verschiedenen Flüssigkeiten und von einer grossen Zahl von Mikrotröpfchen jeder Flüssigkeit ermöglicht.enables efficient, reliable and reproducible application of many different liquids and a large number of microdroplets of each liquid.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, welche die folgenden Merkmale besitzt: eine Platte, die eine Vielzahl von Bohrungen aufweist, undAccording to the invention, this object is achieved by a device which has the following features: a plate having a plurality of holes, and
einen Boden, der mit der Platte verbunden ist und eine Vielzahl von Kanälen aufweist,a floor connected to the plate and having a plurality of channels,
wobei jeder Kanal des Bodens auf einer der Platte zugewandten Seite eine Eingangsöffnung und auf einer der Platte abgewandten Seite eine Ausgangsöffnung aufweist, undwherein each channel of the bottom on one of the plate-facing side has an inlet opening and on a side facing away from the plate has an outlet opening, and
wobei der Abstand zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Ausgangsöffnungen kleiner als der Abstand zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Eingangsöffnungen ist,wherein the distance between the centerlines of two adjacent exit openings is less than the distance between the centerlines of two adjacent entrance openings,
und die sich dadurch gekennzeichnet, dass jede Bohrung der Platte einem einzigen Kanal zugeordnet ist.and characterized in that each bore of the plate is associated with a single channel.
In vorteilhafter Weise sind alle Bohrungen im wesentlichen identisch.Advantageously, all holes are substantially identical.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Anordnung der Ausgangsöffnungen der Kanäle des Bodens der Anordnung der Bohrungen der Platte entspricht.A further advantageous embodiment of the invention is that the arrangement of the output openings of the channels of the bottom of the arrangement corresponds to the holes of the plate.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass alle Ausgangsöffnungen im wesentlichen identisch sind.A further advantageous embodiment of the invention is that all output ports are substantially identical.
Nach einer Ausführungsart sind die Ausgangsöffnungen regelmässig um die Mittellinie des Bodens angeordnet.According to one embodiment, the outlet openings are regularly arranged around the center line of the floor.
Nach einer weiteren Ausführungsart ist die Querschnittsfläche derAccording to another embodiment, the cross-sectional area of
Ausgangsöffnungen kleiner als die Querschnittsfläche der Eingangsöffnungen.Exit openings smaller than the cross-sectional area of the entrance openings.
Nach einer weiteren Ausführungsart hat die Platte Dimensionen von 10 bis 15 cm x 6 bis 10 cm x 0.3 bis 3 cm, vorzugsweise von 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm. Nach einer weiteren Ausführungsart hat der Boden Dimensionen von 10 bis 15 cm x 6 bis 10 cm x 0.01 bis 0.03 cm, vorzugsweise von 11.5 cm x 7.5 cm x 0.015 cm.According to another embodiment, the plate has dimensions of 10 to 15 cm x 6 to 10 cm x 0.3 to 3 cm, preferably 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm. According to another embodiment, the bottom has dimensions of 10 to 15 cm x 6 to 10 cm x 0.01 to 0.03 cm, preferably 11.5 cm x 7.5 cm x 0.015 cm.
Nach einer weiteren Ausführungsart liegen die Breite und die Höhe der Kanäle zwischen 10 und 100 μm, vorzugsweise zwischen 30 und 70 μm.According to a further embodiment, the width and the height of the channels are between 10 and 100 μm, preferably between 30 and 70 μm.
Nach einer weiteren Ausführungsart haben die Eingangsöffnungen einen Durchmesser von 100 bis 500, vorzugsweise von 220 μm bis 270 μm und die Ausgangsöffnungen einen Durchmesser von 20 μm bis 100 μm vorzugsweise von 40 μm bis 80 μm.According to a further embodiment, the inlet openings have a diameter of 100 to 500, preferably from 220 microns to 270 microns and the outlet openings have a diameter of 20 microns to 100 microns, preferably from 40 microns to 80 microns.
Nach einer weiteren Ausführungsart beträgt die Oberflächenenergie des Materials, aus dem der Boden besteht, weniger als 35 mN/m, vorzugsweise weniger als 28 mN/m.According to another embodiment, the surface energy of the material constituting the soil is less than 35 mN / m, preferably less than 28 mN / m.
Nach einer weiteren Ausführungsart besteht der Boden aus mindestens zwei Folien aus handelsüblichem Polyimid zum Heisspressen.According to another embodiment, the bottom consists of at least two films of commercial polyimide for hot pressing.
Nach einer weiteren Ausführungsart liegt die Dicke der Polyimidfolien zwischen 25 und 200 μm, vorzugsweise zwischen 50 und 150 μm.According to a further embodiment, the thickness of the polyimide films is between 25 and 200 μm, preferably between 50 and 150 μm.
Eine weitere Ausführungsart sieht vor, dass die Vorrichtung ferner ein Druckmittel zum Beaufschlagen der Bohrungen mit einem Druck umfasst.A further embodiment provides that the device further comprises a pressure means for acting on the bores with a pressure.
Gemäss einer weiteren Ausführungsart besteht das Druckmittel aus einem Deckel, der mit der Platte über den Bohrungen eine Kammer bildet und eine Drucköffnung aufweist.According to a further embodiment, the pressure medium consists of a lid which forms a chamber with the plate above the bores and has a pressure opening.
Vorteilhaft ist der Deckel auf seiner der Platte zugewandten Seite mit einer Dichtung, die die Bohrungen umgibt und den Deckel mit der Platte verbindet, ausgerüstet.Advantageously, the lid is equipped on its side facing the plate with a seal surrounding the holes and connecting the lid to the plate.
Gemäss noch einer Ausführungsart weist die Vorrichtung auf der unteren Fläche des Bodens mindestens einen Sensor auf. In vorteilhafter Weise ist der Sensor ein kapazitiver Sensor.According to another embodiment, the device has at least one sensor on the bottom surface of the bottom. Advantageously, the sensor is a capacitive sensor.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor aus zwei voneinander durch eine Isolationsschicht getrennten Elektroden besteht, wobei eine dieser Elektroden beweglich ist.A further advantageous embodiment provides that the sensor consists of two separate from each other by an insulating layer electrodes, one of these electrodes is movable.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Vonrichtung, bei demThe invention also provides a process for the production of the novel device in which
eine Platte, die eine Vielzahl von Bohrungen aufweist, unda plate having a plurality of holes, and
ein Boden, der eine Vielzahl von Kanälen aufweist,a floor having a plurality of channels,
wobei jeder Kanal des Bodens auf einer der Platte zugewandten Seite eine Eingangsöffnung und auf einer der Platte abgewandten Seite eine Ausgangsöffnung aufweist, undwherein each channel of the bottom on one of the plate-facing side has an inlet opening and on a side facing away from the plate has an outlet opening, and
wobei der Abstand zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Ausgangsöffnungen kleiner als der Abstand zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Eingangsöffnungen ist,wherein the distance between the centerlines of two adjacent exit openings is less than the distance between the centerlines of two adjacent entrance openings,
derart miteinander verbunden werden, dass jede Bohrung der Platte einem einzigen Kanal des Bodens zugeordnet wird.be connected together so that each hole of the plate is assigned to a single channel of the soil.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf mindestens ein Substrat.Another object of the invention is the use of the inventive device for applying a plurality of microdroplets to at least one substrate.
Gegenstand der Erfindung ist noch ein Verfahren zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung, mit den folgenden Schritten:The invention also provides a method for applying a multiplicity of microdroplets to a substrate by means of a device according to the invention, comprising the following steps:
a) Füllen von mindestens einer der Bohrungen mit mindestens einer Flüssigkeit, b) Aufbringen des Substrats unter den Boden, bis ein aus der der gefüllten Bohrung zugeordneten Ausgangsöffnung austretender Flüssigkeitsmeniskus das Substrat berührt und ein Mikrotröpfchen auf das Substrat transferiert wird, unda) filling at least one of the holes with at least one liquid, b) applying the substrate under the ground until a liquid meniscus emerging from the exit port associated with the filled bore contacts the substrate and a microdroplet is transferred to the substrate, and
c) Entfernen des Substrats vom Boden.c) removing the substrate from the ground.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung mit einem Druckmittel benutzt und die Bohrungen werden im Laufe eines zwischen den Schritten a) und b) vorgesehenen Schrittes d) mit einem Druck beaufschlagt.Preferably, a device is used with a pressure medium and the holes are pressurized in the course of one between steps a) and b) provided step d).
Vorteilhafterweise wird eine Vorrichtung mit einem Deckel benutzt, der mit der Platte über den Bohrungen eine Kammer bildet und eineAdvantageously, a device is used with a lid which forms a chamber with the plate above the holes and a
Drucköffnung aufweist, damit einen Druck durch die Drucköffnung eingeleitet werden kann.Having pressure opening, so that a pressure can be introduced through the pressure port.
Nach einer weiteren Ausführungsart liegt der Wert des relativen Druckes zwischen 0 mbar und 1000 mbar, vorzugsweise zwischen 10 mbar und 30 mbar.According to a further embodiment, the value of the relative pressure is between 0 mbar and 1000 mbar, preferably between 10 mbar and 30 mbar.
Nach einer weiteren Ausführungsart werden das Aufbringen und das Entfernen des Substrats in den Schritten b) und c) mittels eines Sensors kontrolliert.According to a further embodiment, the application and the removal of the substrate in steps b) and c) are controlled by means of a sensor.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart werden die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) für eine Vielzahl von Substraten wiederholt.According to an advantageous embodiment, the steps b), c) and optionally d) are repeated for a plurality of substrates.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart werden die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) zwischen 1 und 2'00OOOO, vorzugsweise zwischen 1'000 und 1O1OOO Male wiederholt.According to an advantageous embodiment, steps b), c) and optionally) d between 1 and 2'00OOOO, preferably repeated between 1'000 and 1 1O OOO times.
Weitere Merkmale und Zweckmässigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Figur 1 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung des Standes der Technik (diese Figur entspricht der Fig. 5 von WO 01/17669) ;Other features and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to FIGS. From the figures show: Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a prior art device (this figure corresponds to Figure 5 of WO 01/17669);
Figur 2 eine schematische Draufsicht der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung (diese Figur entspricht der Fig. 4 von WO 01/17669) ;Figure 2 is a schematic plan view of the device shown in Figure 1 (this figure corresponds to Figure 4 of WO 01/17669).
Figur 3 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäss der Erfindung;Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a device according to the invention;
Figur 4 eine Draufsicht einer Platte der Vorrichtung gemäss der Erfindung;Figure 4 is a plan view of a plate of the device according to the invention;
Figur 5 eine Sicht von unten eines Bodens der Vorrichtung gemäss der Erfindung;Figure 5 is a bottom view of a bottom of the device according to the invention;
Figur 6 eine Draufsicht eines Bodens der Vorrichtung gemäss der Erfindung;Figure 6 is a plan view of a bottom of the device according to the invention;
Figur 7 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;Figure 7 is a schematic cross-sectional view of a device according to another embodiment of the invention;
Figur 8 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; undFigure 8 is a schematic cross-sectional view of a device according to another embodiment of the invention; and
Figur 9 eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.Figure 9 is a schematic cross-sectional view of a device according to another embodiment of the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Erfindungsqemässe VorrichtungInvention-like device
Die erfindungsgemässen Vorrichtung wird in Fig. 3 dargestellt. Sie besitzt eine Platte 50, die eine Vielzahl von Bohrungen 51 aufweist, und einen Boden 52, der mit der Platte 50 verbunden ist und eine Vielzahl von Kanälen 53 aufweist. Jeder Kanal 53 des Bodens 52 umfasst auf einer der Platte 50 zugewandten Seite eine Eingangsöffnung 54 und auf einer der Platte 50 abgewandten Seite eine Ausgangsöffnung 55.The inventive device is shown in Fig. 3. It has a plate 50 having a plurality of bores 51, and a bottom 52 which is connected to the plate 50 and has a plurality of channels 53. Each channel 53 of the bottom 52 comprises an inlet opening 54 on a side facing the plate 50 and an outlet opening 55 on a side facing away from the plate 50.
Erfindungsgemäss ist jede Bohrung 51 der Platte 50 einem einzigen Kanal 53 zugeordnet. Eine derartige Ausgestaltung hat nämlich die grossen Vorteile, dass bei der Verwendung der Vorrichtung ein Vermischen der aus den Bohrungen 51 austretenden Flüssigkeiten verhindert wird und dass die Bohrungen 51 einen einfachen Raster, der im allgemeinen eine regelmässige Geometrie hat, bilden können.According to the invention, each bore 51 of the plate 50 is associated with a single channel 53. Namely, such a configuration has the great advantages that when using the device, a mixing of the liquid emerging from the bores 51 is prevented and that the bores 51 can form a simple grid, which generally has a regular geometry.
Vorzugsweise sind alle Bohrungen 51 im wesentlichen identisch.Preferably, all holes 51 are substantially identical.
Somit kann die Platte 50 eine Standard Mikroplatte sein. Eine solche Mikroplatte kann aus handelsüblichem PS oder PP Material bestehen. Sie bildet üblicherweise einen Raster von 8x12, 16x24, 32x48, etc. Bohrungen. Eine solche Standard Mikroplatte hat handelsübliche Dimensionen von 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm.Thus, the plate 50 may be a standard microplate. Such a microplate may consist of commercial PS or PP material. It usually forms a grid of 8x12, 16x24, 32x48, etc. holes. Such a standard microplate has commercial dimensions of 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm.
Die Anwendung einer Standard Mikroplatte ermöglicht eine erhebliche Reduzierung des Preises der erfindungsgemässen Vorrichtung.The use of a standard microplate allows a significant reduction in the price of the inventive device.
Der Boden 50 ist im allgemeinen in Form einer Platte und seine Länge und Breite müssen natürlich wenigstens so gross sein, dass alle Bohrungen 51 umfasst werden können. Der Boden 50 kann ähnliche Dimensionen wie die Platte 50 haben.The bottom 50 is generally in the form of a plate and its length and width must of course be at least so large that all holes 51 can be included. The floor 50 may have similar dimensions as the panel 50.
Fig. 4 stellt die obere Fläche der Platte 50 und Fig. 5 die untere Fläche des Bodens 52 dar. Aus einem Vergleich dieser beiden Figuren miteinander ist ersichtlich, dass der Abstand a zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Ausgangsöffnungen 55 kleiner als der Abstand A zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Eingangsöffnungen 54 ist. Auf diese Weise konvergieren die Kanäle 53 von ihren Eingangsöffnungen 54 aus bis zu ihren Ausgangsöffnungen 55 hin und sie sind im Vergleich mit dem durch die Bohrungen 51 gebildeten Raster zu einem miniaturisierten, dem Raster der Platte 50 entsprechenden Format zusammengefasst. Aus praktischen Gründen erfolgt das Konvergieren der Kanäle 53, beziehungsweise der Ausgangsöffnungen 55, vorzugsweise durch eine regelmässige Anordnung um die Mittellinie M des Bodens 52. Unter „Mittellinie M" versteht man die Linie, die senkrecht zur Seite ist, die im Kontakt mit der Platte 50 ist.Fig. 4 illustrates the upper surface of the plate 50 and Fig. 5 the lower surface of the bottom 52. From a comparison of these two figures with each other, it can be seen that the distance a between the center lines of two adjacent output openings 55 is smaller than the distance A between the centerlines of two adjacent entrance openings 54 is. In this way, the channels 53 converge from their inlet openings 54 to their outlet openings 55 and they are compared to the grid formed by the holes 51 to a miniaturized, the grid of the plate 50 corresponding format summarized. For practical reasons, the channels 53, or the exit openings 55, converge, preferably by a regular arrangement about the center line M of the bottom 52. "Center line M" is the line perpendicular to the side in contact with the plate 50 is.
Die in Fig. 4 dargestellte Platte umfasst 16 x 24 Bohrungen 51..The plate shown in Fig. 4 comprises 16 x 24 holes 51 ..
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht eines Bodens 52, der mit der Platte der Fig. 4 zusammenarbeiten kann. Aus dieser Figur kann man ersehen, wie die Kanäle 53 von den Eingangsöffnungen 54 mit ihren Ausgangsöffnungen 55 bis zum Zentrum bzw. Mittellinie des Bodens konvergieren.FIG. 6 shows a plan view of a bottom 52 which can cooperate with the plate of FIG. 4. From this figure it can be seen how the channels 53 converge from the entrance openings 54 with their exit openings 55 to the center or center line of the floor.
Die Dicke des Bodens 52 kann sehr variabel sein und es können mehrere Niveaus von Kanälen 53 vorhanden sein.The thickness of the bottom 52 may be very variable and there may be multiple levels of channels 53.
Der Boden 52 kann aus verschiedenen Materialen bestehen. Zum Beispiel kann der Boden 50 aus mindestens zwei Folien bestehen, in welche die Kanäle 53 und Eingangsöffnungen 54 geätzt und abgedichtet werden. Anschliessend werden die Ausgangsöffnungen (55) in die abgedichtete Folie angebracht. Diese Kanäle 53 mit ihren Eingangs- und Ausgangsöffnungen 54, 55 können mit handelsüblichen Prozessen (z.B. Trockenätzen, Laser Ablation) hergestellt werden. Das Abdichten passiert durch aufeinander pressen und heizen der Folien mit einer handelsüblichen Heizpresse.The floor 52 may be made of different materials. For example, the floor 50 may consist of at least two foils into which the channels 53 and entrance openings 54 are etched and sealed. Subsequently, the exit openings (55) are mounted in the sealed film. These channels 53 with their entrance and exit ports 54, 55 can be made by commercial processes (e.g., dry etching, laser ablation). The sealing happens by pressing together and heating the films with a commercial hot press.
Die Kanäle haben typisch eine Breite von 10 bis 100 μm und eine Höhe von 10 bis 100 μm. Vorzugsweise liegen die Breite und die Höhe zwischen 30 und 70 μm.The channels typically have a width of 10 to 100 μm and a height of 10 to 100 μm. Preferably, the width and the height are between 30 and 70 microns.
Die Eingangsöffnungen 54 können einen Durchmesser von 100 bis 500 μm haben und sind in einem Raster angeordnet, welches den Raster der Platte reproduziert. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche der Ausgangsöffnungen 55 kleiner als die Querschnittsfläche der Eingangsöffnungen 54, d.h., einen Durchmesser von 20 μm bis 100 μm.The entrance openings 54 may have a diameter of 100 to 500 microns and are arranged in a grid which reproduces the grid of the plate. Preferably, the cross-sectional area of the exit openings 55 is smaller than the cross-sectional area of the entrance openings 54, ie, a diameter of 20 μm to 100 μm.
Vorzugsweise sind alle Ausgangsöffnungen 55 im wesentlichen identisch, damit bei der Verwendung der Vorrichtung die selbe Menge von jeder Flüssigkeit auf das Substrat aufgebracht werden kann.Preferably, all exit ports 55 are substantially identical so that the same amount of each liquid can be applied to the substrate when using the device.
Vorzugsweise entspricht die Anordnung der Ausgangsöffnungen 55 der Kanäle 53 des Bodens 52 der Anordnung der Bohrungen 51 der Platte 50. Mit anderen Worten ausgedrückt, entspricht die erste Ausgangsöffnung 55 in der ersten Ausgangsöffnungslinie der ersten Bohrung 51 in der ersten Bohrungslinie, die zweite Ausgangsöffnung in der zweiten Ausgangsöffnungslinie der zweiten Bohrung 51 in der zweiten Bohrungslinie, usw. Ein solcher Boden wird dann als „strukturierter Boden" bezeichnet.Preferably, the arrangement of the exit openings 55 of the channels 53 of the bottom 52 corresponds to the arrangement of the bores 51 of the plate 50. In other words, the first exit port 55 in the first exit port line of the first bore 51 in the first bore line corresponds to the second exit port in FIG second exit opening line of the second bore 51 in the second bore line, etc. Such a floor is then referred to as a "structured floor".
Bezüglich des Materials des Bodens 52 wurde festgestellt, dass gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn der Boden 52 eine wenig benetzende Oberflächenbeschaffenheit hat.With respect to the material of the bottom 52, it has been found that good results can be achieved when the bottom 52 has a little wetting surface finish.
Vorzugsweise ist die Oberflächenenergie des Bodens kleiner als 35 mN/m, insbesondere kleiner als 28 mN/m.Preferably, the surface energy of the soil is less than 35 mN / m, in particular less than 28 mN / m.
Vorteilhafterweise besteht der Boden aus einer oder mehreren Polyimidfolien. Somit wird bei der Verwendung der erfindungsgemässenAdvantageously, the bottom consists of one or more polyimide films. Thus, when using the inventive
Vorrichtung ein bedrucktes Substrates mit hoher Qualität erzeugt. Das Material Polyimid weißt eine tiefe Oberflächenenergie aus, welche kleiner als 35 mN/m ist.Device produces a printed substrate with high quality. The material polyimide has a low surface energy, which is less than 35 mN / m.
Ferner ist Polyimid stabil in vielen Lösungsmitteln, auch stabil in Zusammenhang mit DMSO (Dimethylsulfoxid), welches sehr oft verwendet wird.Further, polyimide is stable in many solvents, also stable in the context of DMSO (dimethylsulfoxide), which is very often used.
Weiterhin werden Polyimidfolien in grossen Mengen für die Flexprint- und Elektronik-Industrie hergestellt. Dies garantiert einen tiefen Einkaufspreis des Rohmaterials und somit auch einen tiefen Verkaufspreis des Endproduktes (d.h. die Vorrichtung).Furthermore, polyimide films are produced in large quantities for the flexprint and electronics industries. This guarantees a low purchase price of the raw material and thus also a low selling price of the final product (ie the device).
Als Polyimid können die Polyimide, die unter denAs polyimide, the polyimides which are among the
Markenbezeichnungen Upilex von UBE Europe GmbH (Düsseldorf) und Kapton KJ von DuPont vertrieben werden, verwendet werden.Brand names Upilex are marketed by UBE Europe GmbH (Düsseldorf) and Kapton KJ by DuPont.
Die Dicke der Polyimidfolie liegt im allgemeinen zwischen 25 und 200 μm, vorzugsweise zwischen 50 μm und 150 μm.The thickness of the polyimide film is generally between 25 and 200 .mu.m, preferably between 50 .mu.m and 150 .mu.m.
Der Boden 50 kann auch aus mehreren Folien bestehen. Die hergestellten Kanäle einer Folie werden durch das Verbinden der Folie mit einer anderen Folie geschlossen. Die einzelnen Folien werden unter Druck und gleichzeitigem Erwärmen mit einer handelsüblichen thermo-kompressiven hydraulischen oder mechanischen Presse miteinander verschmolzen ohne die Kanäle zu verschmelzen.The floor 50 may also consist of several foils. The produced channels of a film are closed by connecting the film with another film. The individual films are fused together under pressure and simultaneous heating with a commercially available thermo-compressive hydraulic or mechanical press without melting the channels.
Gemäss eine weiterer Ausführungsart der Erfindung, umfasst die Vorrichtung ferner ein Druckmittel zum Beaufschlagen der Bohrungen 51 mit einem Druck. Der Druck dient zum Beschleunigen der Zirkulation der Flüssigkeiten von den Bohrungen 51 bis zu den Ausgangsöffnungen 55.According to a further embodiment of the invention, the device further comprises a pressure means for acting on the bores 51 with a pressure. The pressure serves to accelerate the circulation of the liquids from the bores 51 to the outlet openings 55.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 besteht das Druckmittel aus einem Deckel 56, der mit der Platte 50 über den Bohrungen 51 eine Kammer 57 bildet und eine Drucköffnung 58 aufweist.In the embodiment of FIG. 7, the pressure medium consists of a lid 56 which forms a chamber 57 with the plate 50 via the bores 51 and has a pressure opening 58.
Vorteilhaft ist der Deckel 56 auf seiner der Platte zugewandten Seite mit einer Dichtung ausgerüstet, um die Dichtheit der Kammer 57 zu gewährleisten. Die Dichtung kann ein Dichtring 59 sein, der alle Bohrungen 51 umgibt und den Deckel 56 mit der Platte 50 verbindet.Advantageously, the cover 56 is equipped on its side facing the plate with a seal to ensure the tightness of the chamber 57. The seal may be a sealing ring 59 which surrounds all bores 51 and connects the lid 56 to the plate 50.
Der Deckel 56 kann mit (nicht dargestellten) wechselbarenThe lid 56 can be exchanged with (not shown)
Klammem an der Platte befestigt sein oder er kann verschraubt sein. Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsart der Erfindung, wobei die Vorrichtung auf der unteren Fläche des Bodens 52 mindestens einen Sensor 60 aufweist.Klammem be attached to the plate or it can be screwed. FIG. 8 shows another embodiment of the invention wherein the device has at least one sensor 60 on the lower surface of the bottom 52.
In vorteilhafter Weise ist der Sensor 60 ein kapazitiver Sensor 60, der vorteilhaft aus zwei voneinander durch eine Isolationsschicht 63 getrennten Elektroden 61 ,62 besteht, wobei eine (62) dieser Elektroden beweglich ist.Advantageously, the sensor 60 is a capacitive sensor 60 which advantageously consists of two electrodes 61, 62 separated from each other by an insulating layer 63, one (62) of which is movable.
Vorzugsweise ist die bewegliche Elektrode 62 an ihrer oberen Fläche mit einer Isolationsschicht versehen, welche sie bei der Verwendung der Vorrichtung vom Substrat elektrisch isoliert.Preferably, the movable electrode 62 is provided on its upper surface with an insulating layer which electrically isolates it from the substrate when using the device.
Herstellung der erfindunqsqemässen VorrichtungProduction of the device according to the invention
Bei der Herstellung der Vorrichtung wird die Platte 50 mit dem Boden 52 verbunden. Das Verbinden kann mit oder ohne Klebstoff geschehen. Ohne Klebstoff wird in der Regel ein thermo-kompressiver Prozess verwendet. Wenn als Boden 52 eine flexible Folie verwendet wird, wird diese Folie durch das Verbinden der Boden 52 mit der Platte 50 eine solide feste Platte.In the manufacture of the device, the plate 50 is connected to the bottom 52. The bonding can be done with or without adhesive. Without adhesive, a thermo-compressive process is usually used. When a flexible film is used as the bottom 52, this film becomes a solid solid plate by bonding the bottom 52 to the plate 50.
Verwendung der erfindunosoemässen VorrichtungUse of the erfindunosoemässen device
Die Vorrichtung wird vorzugsweise zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat verwendet. Die Platte 50 und der Boden 52 liegen dann normalerweise waagerecht.The device is preferably used to apply a plurality of microdroplets to a substrate. The plate 50 and the bottom 52 are then normally horizontal.
Zum Beispiel wenn als Platte 50 eine Standard Mikroplatte 32 x 48 benutzt wird, können dann 1536 verschiedenen Flüssigkeiten in jeweils eine der Bohrungen 51 eingebracht werden.For example, if a standard microplate 32 x 48 is used as the plate 50, then 1536 different fluids may be introduced into each of the bores 51.
Die Versorgung der Bohrungen 51 kann mittels Standard- Pipettierautomaten erfolgen.The supply of the holes 51 can be done by means of standard automatic pipetting.
Überraschenderweise können bei einer anfänglichen Einführung vonSurprisingly, with an initial introduction of
50 μl Flüssigkeit in jeder Bohrung 51 und einem Transfervolumen von 50 pl, bis zu 1'OOOOOO Mikrotröpfchen pro Flüssigkeit transferiert werden. Das heisst, dass ca. 1'OOOOOO Substrate behandelt werden können.50 μl of fluid in each bore 51 and a transfer volume of 50 μl until be transferred to 1'OOOOOO microdroplets per liquid. This means that about 1'OOOOOO substrates can be treated.
Da im allgemeinen das Volumen jeder Bohrung 51 zwischen 10 μl und 100 μl und das Volumen eines Mikrotröpfchen zwischen 50 pL und 1 nl_ liegen, können im allgemeinen von 10'0OO bis zu 2OOO1OOO Substrate bedruckt werden.In general, since the volume of each bore between 10 .mu.l and 100 .mu.l and the volume of a micro-droplets between 50 and 1 pL are nl_ 51, substrates can be printed, in general of up to 10'0OO 2OOO 1 OOO.
Erfindunqsqemässes VerfahrenInventive method
Das Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat mittels einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann durch die wesentlichen folgenden Schritten erfolgen:The application of a plurality of microdroplets to a substrate by means of a device according to the invention can be carried out by the following essential steps:
a) Füllen von mindestens einer der Bohrungen 51 mit mindestens einer Flüssigkeit,a) filling at least one of the bores 51 with at least one liquid,
b) Aufbringen des Substrats unter den Boden 52, bis ein aus der der gefüllten Bohrung 51 zugeordneten Ausgangsöffnung 55 austretender Flüssigkeitsmeniskus das Substrat berührt und ein Mikrotröpfchen auf das Substrat transferiert wird, undb) applying the substrate below the bottom 52 until a liquid meniscus exiting the exit port 55 associated with the filled bore 51 contacts the substrate and a microdroplet is transferred to the substrate, and
c) Entfernen des Substrats vom Boden 52.c) removing the substrate from the bottom 52.
Im allgemeinen werden alle Bohrungen 51 gefüllt und jede Bohrung 51 wird mit einer verschiedenen Flüssigkeit gefüllt. Ein Teil jeder Flüssigkeit wird im Schritt b) auf das Substrat transferiert. Dieses geschieht für alle Ausgangsöffnungen 55 zur gleichen Zeit.In general, all bores 51 are filled and each bore 51 is filled with a different liquid. A portion of each liquid is transferred to the substrate in step b). This happens for all output ports 55 at the same time.
Die Flüssigkeiten können biologische Substanzen wie z.B. Oligonukleotiden, DNA (Desoxyribonucleinsäure) etc. umfassen.The liquids may contain biological substances such as e.g. Oligonucleotides, DNA (deoxyribonucleic acid), etc.
Das bedruckte Substrat besitzt einen Raster mit Flüssigkeitströpfchen in hoher Dichte. Die Grosse einer Flüssigkeitströpfchen hängt von der jeweiligen Ausgangsöffnung 55. Mit anderen Worten ist der Raster durch die Ausgangsöffnungen 55 gegeben.The printed substrate has a grid of liquid droplets in high density. The size of a liquid droplet depends on the respective outlet opening 55. In other words, the grid is given by the outlet openings 55.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung mit einem Druckmittel benutzt und die Bohrung werden im Laufe eines Schrittes d) zwischen den Schritten a) und b) mit einem Druck beaufschlagt.Preferably, a device is used with a pressure medium and the bore are in the course of a step d) between the steps a) and b) applied with a pressure.
Vorteilhafterweise wird eine Vorrichtung mit einem Deckel 56 benutzt, der mit der Platte über den Bohrungen 51 eine Kammer 57 bildet und eine Drucköffnung 58 aufweist, und ein Druck wird durch die Drucköffnung 58 eingeleitet.Advantageously, a device is used with a lid 56 which forms a chamber 57 with the plate above the bores 51 and has a pressure opening 58, and a pressure is introduced through the pressure opening 58.
Der Druck kann aus einem komprimierten Gas, zum Beispiel einem neutralen Gas wie Stickstoff, Helium, oder einer komprimierten Gasmischung wie Pressluft bestehen.The pressure may consist of a compressed gas, for example a neutral gas such as nitrogen, helium, or a compressed gas mixture such as compressed air.
Dieser Druck verteilt sich dann homogen über alle Bohrungen 51.This pressure is then distributed homogeneously over all bores 51.
Der Wert des relativen Druckes liegt im allgemeinen zwischen 0 mbar und 1000 mbar, vorzugsweise zwischen 10 mbar und 30 mbar.The value of the relative pressure is generally between 0 mbar and 1000 mbar, preferably between 10 mbar and 30 mbar.
Die Bohrungen 51 wirken als Reservoire für die verschiedenen Flüssigkeiten. Durch Anlegen des Druckes an die Bohrungen 51 werden die verschiedenen Flüssigkeiten in die Kanäle 53 gestossen und fliessen zur Ausgangsöffnung 55, wo sie durch die Oberflächenspannung gestoppt werden.The bores 51 act as reservoirs for the various liquids. By applying the pressure to the holes 51, the various liquids are pushed into the channels 53 and flow to the outlet opening 55, where they are stopped by the surface tension.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung mit einer Dichtung benutzt. DiePreferably, a device with a seal is used. The
Dichtung (z.B. der Dichtring 59) ermöglicht auch eine Abdichtung der Platte gegenüber dem Atmosphärendruck.Gasket (e.g., seal ring 59) also permits sealing of the plate from atmospheric pressure.
Nach einer weiteren Ausführungsart werden das Aufbringen und das Entfernen des Substrats in den Schritten b) und c) mittels eines Sensors kontrolliert. Die Beschleunigung zum Kontaktieren des Substrates, das Wegfahren des Substrates und die Verweilzeit können kontrolliert werden. Dazu kann eine einfache handelsübliche z-Achsen-Robotik mit Steuerung eingesetzt werden. Eine solche Steuerung 64 ist, wie in Fig. 8 ersichtlich, mit dem Sensor 61 ,62 verbunden.According to a further embodiment, the application and the removal of the substrate in steps b) and c) are controlled by means of a sensor. The acceleration for contacting the substrate, the driving away of the substrate and the residence time can be controlled. For this purpose, a simple commercial z-axis robotics with control can be used. Such a controller 64 is connected to the sensor 61, 62 as shown in FIG.
Die Steuerung kann auch das Ein- und Ausschalten des Anlegens des Gas oder der Gasmischung kontrollieren.The controller may also control the switching on and off of the application of the gas or gas mixture.
Nachdem die Mikrotröpfchen auf das Substrat transferiert werden, kann dieses verschoben werden.After the microdroplets are transferred to the substrate, this can be shifted.
Die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) können für eine Vielzahl von Substraten wiederholt werden.The steps b), c) and optionally d) can be repeated for a multiplicity of substrates.
Vorzugsweise werden die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) wiederholt bis die Bohrungen 51 leer sind.Preferably, steps b), c) and optionally d) are repeated until the bores 51 are empty.
Im allgemeinen werden die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) zwischen 1 und 2'000'00O vorzugsweise zwischen 1'000 und 10'0OO Male durchgeführt.In general, the steps b), c) and optionally d) between 1 and 2'000'00O are preferably carried out between 1000 and 10'000 times.
Während des Bedrückens von Substraten kann der Druck geändert und optimiert oder ganz weggelassen werden, je nach Eigenschaften der Flüssigkeiten.During the printing of substrates, the pressure can be changed and optimized or left out, depending on the properties of the liquids.
In Fig. 9 ist die Verschiebung eines Substrates 65 in der x-RichtungIn Fig. 9, the displacement of a substrate 65 in the x direction
(d.h. horizontal) sowie die Bewegung der Vorrichtung des Pfeils z entlang (d.h. vertikal) dargestellt. Die Verschiebung des Substrates 65 kann mittels eines handelüblichen Förderbandes 66 bewerkstelligt werden. Andere Arten von automatischen Antrieben sind auch möglich.(i.e., horizontal) as well as the movement of the device of the arrow z along (i.e., vertically). The displacement of the substrate 65 can be accomplished by means of a commercially available conveyor belt 66. Other types of automatic drives are also possible.
Der Abstand zwischen den Ausgangsöffnungen 55 und dem SubstratThe distance between the exit openings 55 and the substrate
65 für den Flüssigkeitstransfer ist kontrolliert. Dies kann einfach durch Einstellung der z-Koordinaten oder durch das Einsetzen des kapazitiven Sensors 61 , 62 bewerkstelligt werden. Die Elektrode 62 berührt dann das Substrat 65. Die Steuerelektronik misst die Kapazität und kontrolliert den Abstand zwischen den Ausgangsöffnungen 55 und dem Substrat 65.65 for fluid transfer is controlled. This can be done simply by adjusting the z-coordinates or by inserting the capacitive Sensors 61, 62 accomplished. The electrode 62 then contacts the substrate 65. The control electronics measures the capacitance and controls the distance between the output openings 55 and the substrate 65.
Vorteilhafterweise werden mehrere Sensoren verwendet und deren Mittelwert erzeugt die Kontrollgrössβ des Abstands.Advantageously, several sensors are used and their mean value generates the Kontrollgrössβ the distance.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass entwickelte Prozesse der Flexprint-Industrie nach kleinen Änderungen verwendet werden können, was die Produktionskosten tief hält. Die Erfindung wird dann mit Methoden der Massenproduktion hergestellt.Another advantage of the invention is that developed processes of the flexprint industry can be used after small changes, which keeps the production costs low. The invention is then made by mass production methods.
Weiterhin orientiert sich die Erfindung an bereits bestehendenFurthermore, the invention is based on existing ones
Formaten und Anwendungen, was die Integration in bereits existierende Laborstrukturen vereinfacht. Formats and applications, which simplifies integration into existing laboratory structures.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat (65), mit1. Apparatus for applying a plurality of microdroplets to a substrate (65), with
einer Platte (50) , die eine Vielzahl von Bohrungen (51) aufweist, unda plate (50) having a plurality of bores (51), and
einem Boden (52), der mit der Platte (50) verbunden ist und einea bottom (52) which is connected to the plate (50) and a
Vielzahl von Kanälen (53) aufweist,Having a plurality of channels (53),
wobei jeder Kanal (53) des Bodens (52) auf einer der Platte (50) zugewandten Seite eine Eingangsöffnung (54) und auf einer der Platte (50) abgewandten Seite eine Ausgangsöffnung (55) aufweist, undwherein each channel (53) of the bottom (52) on one of the plate (50) side facing an input port (54) and on a side facing away from the plate (50) has an output port (55), and
wobei der Abstand a zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Ausgangsöffnungen (55) kleiner als der Abstand zwischen A den Mittellinien von zwei benachbarten Eingangsöffnungen (54) ist,wherein the distance a between the centerlines of two adjacent exit openings (55) is less than the distance between A the centerlines of two adjacent entrance openings (54),
dadurch gekennzeichnet, dass jede Bohrung (51) der Platte (50) einem einzigen Kanal (53) des Bodens (52) zugeordnet ist.characterized in that each bore (51) of the plate (50) is associated with a single channel (53) of the bottom (52).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass alle2. Device according to claim 1, characterized in that all
Bohrungen (51) im wesentlichen identisch sind.Holes (51) are substantially identical.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Ausgangsöffnungen (55) der Kanäle (53) des Bodens der Anordnung der Bohrungen der Platte (50) entspricht.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the arrangement of the output openings (55) of the channels (53) corresponds to the bottom of the arrangement of the bores of the plate (50).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ausgangsöffnungen (55) im wesentlichen identisch sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that all the outlet openings (55) are substantially identical.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsöffnungen (55) regel massig um die Mittellinie M des Bodens (52) angeordnet sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outlet openings (55) are arranged usually massively around the center line M of the bottom (52).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Ausgangsöffnungen (55) kleiner als die Querschnittsfläche der Eingangsöffnungen (54) ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area of the outlet openings (55) is smaller than the cross-sectional area of the inlet openings (54).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (50) Dimensionen von 10 bis 15 cm x 6 bis 10 cm x 0.3 bis 3 cm hat.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plate (50) has dimensions of 10 to 15 cm x 6 to 10 cm x 0.3 to 3 cm.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (50) Dimensionen von 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm hat.8. The device according to claim 7, characterized in that the plate (50) has dimensions of 12.7 cm x 8.6 cm x 1.5 cm.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (52) Dimensionen von 10 bis 15 cm x 6 bis 10 cm x 0,01 bis 0,03 cm.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bottom (52) dimensions of 10 to 15 cm x 6 to 10 cm x 0.01 to 0.03 cm.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (52) Dimensionen von 11.5 cm x 7.5 cm x 0.015 cm hat.10. The device according to claim 9, characterized in that the bottom (52) has dimensions of 11.5 cm x 7.5 cm x 0.015 cm.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite und die Höhe der Kanäle (53) zwischen 10 und 100 μm liegen.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the width and the height of the channels (53) are between 10 and 100 microns.
12. Vorrichtung Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite und die Höhe der Kanäle (53) zwischen 30 und 70 μm liegen.12. The device of claim 11, characterized in that the width and the height of the channels (53) are between 30 and 70 microns.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnungen (54) einen Durchmesser von 100 bis 500 μm und die Ausgangsöffnungen (55) einen Durchmesser von 20 μm bis 100 μm haben.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet openings (54) have a diameter of 100 to 500 microns and the outlet openings (55) have a diameter of 20 microns to 100 microns.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnungen (54) einen Durchmesser von 220 μm bis 270 μm und die Ausgangsöffnungen (55) einen Durchmesser von 40 μm bis 80 μm haben. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the inlet openings (54) have a diameter of 220 microns to 270 microns and the outlet openings (55) have a diameter of 40 microns to 80 microns.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergie des Materials, aus dem der Boden (52) besteht, weniger als 35 mN/m beträgt.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface energy of the material of which the bottom (52) consists, is less than 35 mN / m.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergie des Materials, aus dem der Boden (52) besteht, weniger 28 mN/m beträgt.16. The device according to claim 15, characterized in that the surface energy of the material from which the bottom (52) consists, is less 28 mN / m.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (52) aus mindestens zwei Folien aus Polyimid besteht.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bottom (52) consists of at least two films of polyimide.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Polyimidfolie zwischen 25 und 200 μm liegt.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the thickness of the polyimide film is between 25 and 200 microns.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Polyimidfolie zwischen 50 μm und 150 μm liegt.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the thickness of the polyimide film is between 50 microns and 150 microns.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein Druckmittel (56, 58) zum Beaufschlagen der Bohrungen (51) mit einem Druck umfasst.20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device further comprises a pressure means (56, 58) for acting on the bores (51) with a pressure.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel aus einem Deckel (56) besteht, der mit der Platte (50) über den Bohrungen (51) eine Kammer (57) bildet und eine Drucköffnung (58) aufweist.21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the pressure medium consists of a cover (56) which forms a chamber (57) with the plate (50) via the bores (51) and has a pressure opening (58).
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (56) auf seiner der Platte zugewandten Seite mit einer Dichtung (59) ausgerüstet ist, die die Bohrungen (51 ) umgibt und den Deckel (56) mit der Platte (50) verbindet.22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the cover (56) is equipped on its side facing the plate with a seal (59) surrounding the bores (51) and the cover (56) with the plate (50). combines.
23. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner auf der unteren Fläche des Bodens (52) mindestens einen Sensor (61, 62) aufweist. 23. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device further comprises on the lower surface of the bottom (52) at least one sensor (61, 62).
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein kapazitiver Sensor (61 , 62) ist.24. The device according to claim 23, characterized in that the sensor is a capacitive sensor (61, 62).
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (61 ,62) aus zwei voneinander durch eine Isolationsschicht getrennten Elektroden (61 ,62) besteht, wobei eine (62) dieser Elektroden (61 ,62) beweglich ist.25. The device according to claim 24, characterized in that the sensor (61, 62) consists of two separate from each other by an insulating layer electrodes (61, 62), wherein one (62) of these electrodes (61, 62) is movable.
26. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat (65), bei dem26. A method for producing a device for applying a plurality of microdroplets to a substrate (65), in which
eine Platte (50), die eine Vielzahl von Bohrungen (51) aufweist, unda plate (50) having a plurality of bores (51), and
ein Boden (52), der eine Vielzahl von Kanälen (53) aufweist,a bottom (52) having a plurality of channels (53),
wobei jeder Kanal (53) des Bodens (52) auf einer der Platte (50) zugewandten Seite eine Eingangsöffnung (54) und auf einer der Platte (50) abgewandten Seite eine Ausgangsöffnung (55) aufweist, undwherein each channel (53) of the bottom (52) on one of the plate (50) side facing an input port (54) and on a side facing away from the plate (50) has an output port (55), and
wobei der Abstand a zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Ausgangsöffnungen (55) kleiner als der Abstand A zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Eingangsöffnungen (54) ist,wherein the distance a between the centerlines of two adjacent exit openings (55) is less than the distance A between the centerlines of two adjacent entrance openings (54),
derart miteinander verbunden werden, dass jede Bohrung (51) der Platte (50) einem einzigen Kanal (53) zugeordnet wird.are joined together such that each bore (51) of the plate (50) is assigned to a single channel (53).
27. Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf mindestens ein27. Use of a device according to one of claims 1 to 25 for applying a plurality of microdroplets to at least one
Substrat (65).Substrate (65).
28. Verfahren zum Aufbringen einer Vielzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat (65) mittels einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 25, mit folgenden Schritten: a) Füllen von mindestens einer der Bohrungen (51) mit mindestens einer Flüssigkeit,28. A method for applying a plurality of microdroplets to a substrate (65) by means of a device according to one of claims 1 to 25, comprising the following steps: a) filling at least one of the bores (51) with at least one liquid,
b) Aufbringen des Substrats (65) unter den Boden (52), bis ein aus der der gefüllten Bohrung (51 ) zugeordneten Ausgangsöffnung austretender Flüssigkeitsmeniskus das Substrat (65) berührt und ein Mikrotröpfchen auf das Substrat (65) transferiert wird, undb) applying the substrate (65) below the bottom (52) until a liquid meniscus emanating from the exit port associated with the filled bore (51) contacts the substrate (65) and a microdroplet is transferred to the substrate (65), and
c) Entfernen des Substrats (65) vom Boden (52).c) removing the substrate (65) from the bottom (52).
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei eine Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 20 bis 25 verwendet wird und wobei zwischen den Schritten a) und b) die Bohrungen (51 ) mit einem Druck beaufschlagt werden.29. The method of claim 28, wherein a device according to any one of claims 20 to 25 is used and wherein between the steps a) and b), the bores (51) are subjected to a pressure.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei eine Vorrichtung gemäss einer der Ansprüche 21 verwendet wird, mit folgendem zusätzlichem Schritt: d) Einleiten des Druckes durch die Drucköffnung (58).30. The method of claim 29, wherein an apparatus according to any one of claims 21 is used, with the following additional step: d) introducing the pressure through the pressure port (58).
31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Wert des relativen Druckes zwischen 0 mbar und 1000 mbar liegen.31. The method according to claim 30, wherein the value of the relative pressure is between 0 mbar and 1000 mbar.
32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Wert des relativen Druckes zwischen 10 mbar und 30 mbar liegt.32. The method of claim 31, wherein the value of the relative pressure is between 10 mbar and 30 mbar.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, wobei eine Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 23 bis 25 verwendet wird, wobei in den Schritten b) und c) das Aufbringen und das Entfernen des Substrats (65) mittels des Sensors (61 ,62) kontrolliert werden.33. The method according to any one of claims 28 to 32, wherein a device according to any one of claims 23 to 25 is used, wherein in steps b) and c) the application and removal of the substrate (65) by means of the sensor (61, 62 ) to be controlled.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) für eine Vielzahl von Substraten (65) wiederholt werden. 34. The method according to any one of claims 28 to 33, characterized in that the steps b), c) and optionally d) for a plurality of substrates (65) are repeated.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) zwischen 1 und 2'000OOO Male wiederholt werden.35. The method according to claim 34, characterized in that the steps b), c) and optionally d) are repeated between 1 and 2,000,000 times.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b), c) und gegebenenfalls d) zwischen 1'000 und 10'0OO Male wiederholt werden. 36. The method according to claim 35, characterized in that the steps b), c) and optionally d) are repeated between 1,000 and 10,000 times.
EP05733588A 2005-03-17 2005-03-17 Device and method for applying a plurality of micro droplets to a substrate Withdrawn EP1859284A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2005/051255 WO2006097150A1 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Device and method for applying a plurality of micro droplets to a substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1859284A1 true EP1859284A1 (en) 2007-11-28

Family

ID=35229756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05733588A Withdrawn EP1859284A1 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Device and method for applying a plurality of micro droplets to a substrate

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20080234140A1 (en)
EP (1) EP1859284A1 (en)
WO (1) WO2006097150A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT2936164T (en) 2012-12-18 2020-04-22 European Molecular Biology Laboratory Embl Automation of incubation, processing, harvesting and analysis of samples in a multi-cell plate with thin film sample support

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19941871A1 (en) * 1999-09-02 2001-04-19 Hahn Schickard Ges Apparatus and method for applying a plurality of microdroplets to a substrate
US6447723B1 (en) * 2000-03-13 2002-09-10 Packard Instrument Company, Inc. Microarray spotting instruments incorporating sensors and methods of using sensors for improving performance of microarray spotting instruments
US6878554B1 (en) * 2000-03-20 2005-04-12 Perkinelmer Las, Inc. Method and apparatus for automatic pin detection in microarray spotting instruments
DE10041536A1 (en) * 2000-08-24 2002-03-07 Roland Zengerle Device and method for the contactless application of microdroplets to a substrate
US6924107B2 (en) * 2002-01-28 2005-08-02 Bio-Informatics Group, Inc. Four dimensional biochip design for high throughput applications and methods of using the four dimensional biochip
GB2394775B (en) * 2002-10-31 2006-12-20 Hm Technology Internat Ltd Mechanically operable electrical device
US7025935B2 (en) * 2003-04-11 2006-04-11 Illumina, Inc. Apparatus and methods for reformatting liquid samples
JP4404672B2 (en) * 2003-05-28 2010-01-27 セイコーエプソン株式会社 Droplet ejection head, droplet ejection head manufacturing method, microarray manufacturing apparatus, and microarray manufacturing method
JP4207154B2 (en) * 2003-07-25 2009-01-14 株式会社デンソー Capacitive sensor device having inspection function, inspection method, and airbag system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006097150A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006097150A1 (en) 2006-09-21
US20080234140A1 (en) 2008-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60221036T2 (en) Device for producing emulsions and microcapsules
EP1718409B1 (en) Device for microfluidic analyses
DE19952764C2 (en) Microanalyzer
DE60123728T2 (en) Method and device for producing microspheres
EP1171232B1 (en) Fluids manipulation device with format conversion
DE10060433B4 (en) Method for producing a fluid component, fluid component and analysis device
EP1313551B1 (en) Device and method for the non-contact application of micro-droplets on a substrate
DE19948473A1 (en) Method and device for measuring cells in a liquid environment
DE19908171A1 (en) Continual process to make microspheres by drawing particles through array of micro-passages of predetermined width
WO1999041015A1 (en) Miniaturized temperature-zone flow reactor
EP1614466A2 (en) System and method to prevent air bubbles in a hybridization chamber
EP2435186A1 (en) Device and method for controlling fluid flows in lab-on-a-chip systems and method for producing said device
WO2004071660A1 (en) Method and device for contacting a microfluid structure
DE60224218T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING LIQUID CANDLES FROM A MIXING LIQUID
EP2255880B1 (en) System and method to prevent air bubbles in a hybridization chamber
EP1859284A1 (en) Device and method for applying a plurality of micro droplets to a substrate
DE10102152C1 (en) Micro-dosing device applicable in pharmaceutical and biotechnological research, comprises a media reservoir for holding a liquid to be dosed, a nozzle, and a drive unit for the liquid located in the reservoir and the nozzle
WO2003033096A2 (en) Method and separating module for the separation of particles from a dispersion, in particular of blood corpuscles from blood
DE10329983A1 (en) Micro-reactor module allows multiple different reactions to be performed simultaneously and to be serviced by a standard automatic micro-titer head, is formed of a multiple recessed base plate which is sealed by a releasable cover plate
DE69910613T2 (en) METHOD FOR THE DOSED APPLICATION OF A LIQUID ON A SURFACE
WO2008128745A1 (en) Device and method for the controlled transport of microfluid samples
EP1616619A1 (en) Device and method to influence air bubbles in a hybridizaion chamber
EP1343587A2 (en) Device for receiving and discharging liquid substances
DE10229339B4 (en) Chromatographic separation device
EP1286760B1 (en) Device used in parallel microsynthesis

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070913

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CH DE LI

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): CH DE LI

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20091001