将许多微滴加在底物上的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种将许多微滴施加在底物上的设备，它包括许多在一配料头中的喷口（１４）。除了用于在每个喷口（１４）上确定一个要配料的介质液柱的装置外，按这样的方式设一个可充填缓冲介质的压力腔（３０），即，通过此缓冲介质可同时在液柱离喷口（１４）有间距的那些端部施加一压力。最后，设一压力发生装置（８、４０），用于将压力按这样的方式作用在缓冲介质上，即，可通过许多喷口（１４）同时将许多微滴施加在底物上。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将许多微滴施加在底物上的设备和方法，尤其涉及这样一种设备和这样一种方法，即它们能同时施加许多微滴。具体而言，本专利技术涉及适用于制造所谓生物芯片的设备和方法，其中要将多种不同的分析物加在底物上，以便在一种未知的试样中检定不同的物质。随着越来越多地破译人、动物、植物的基因组提供了许多新的可能性，包括从诊断遗传引起的疾病到大大加速研究制药学方面感兴趣的制剂。例如今后可使用上述生物芯片，研究食品的多种可能的遗传性改变的成分。在另一个应用领域，这种生物芯片可用来对于遗传引起的疾病确定准确的遗传缺陷，以便由此得出治疗此疾病的理想对策。可在这些应用领域使用的生物芯片通常由一载体材料亦即一底物组成，在此底物上栅格状地施加许多不同的物质。在此阵列中，典型的栅格距离在100μm与1000μm之间。在一个生物芯片上不同的称为所谓分析物的多样性，取决于使用领域，从几种不同的物质到每个底物上几十万种不同的物质。通过这些不同分析物的每一种，可以在一种未知的试样中检定一种完全确定的物质。若将一种未知的试液涂在一个生物芯片上，则某些分析物将发生反应，借助恰当的方法，例如荧光检测装置，可以检测到这些反应。在生物芯片上不同分析物的数量与未知试液中不同成分的数量相对应，它们可用各自的生物芯片同时分析。因此，这样一种生物芯片是一种诊断工具，借助于此诊断工具，可同时和有目的地研究一种未知试样的多种成分。为了将分析物施加在底物上以制成这种生物芯片，目前已知三种根本不同的方法。根据所需要的生物芯片的件数或根据每个芯片需要的分析物数，交替地使用这些方法。第一种方法称为“接触印刷(Contactprinting)”，在这种方法中使用一束钢毛细管，毛细管内部充填不同的分析物。这一束钢毛细管压印在底物上。当提升这一束钢毛细管时，分析物以微滴的形式粘附在底物上。在此方法中，压印图案的质量显然很主要地取决于毛细作用力的效果，并由此与许多关键参数有关，例如底物表面质量及面层、喷嘴准确的几何尺寸以及尤其取决于所使用的介质。此外，本方法对于底物及喷嘴的污染状况非常敏感。所说明的这种方法适用于每个底物分析物数量不超过几百种。在第二种用于制造生物芯片的所谓“Spotting”的方法中大多使用所谓的微型分配器，它们类似于喷墨打印机能将一种液体的一个个微滴根据相应的控制指令喷射在一底物上。这样一种方法称为“drop-on-demand”。在市场上可以买到一些公司出品的这种微型分配器。本方法的优点在于，分析物可以不接触地施加在底物上，在这里毛细力的影响是无关紧要的。但是一个关键问题在于，这种方法非常昂贵和特别难以将全部供应不同介质的许多喷嘴平行排列或布置成一个阵列。在这里，限制的因素是致动器和介质后勤，它们不能按期望的程度微型化。目前作为第三种制造生物芯片的方法采用所谓的“合成法”，其中通常由一系列连接在一起的核酸组成的分析物化学地制在亦即合成在底物上。为了限制不同分析物的空间位置，采用一些如由微电子技术已知的方法，例如采用面膜工艺的平版印刷法。这种合成法在提及的这些有间距的方法中是最昂贵的，不过可在一个芯片上制成有最多种分析物，亦即每个底物为数量级十万种不同的分析物。本专利技术的目的在于创造成功用于将许多微滴施加在底物上的设备和方法，它们允许将微滴按一种有规则的图案经济地和准确地同时施加在底物上，以及创造一种在制造这种设备时采用的方法。此目的通过按权利要求1和21所述的设备以及按权利要求23和24所述的方法达到。本专利技术提供了一种将许多微滴施加在底物上的设备，它在一配料头中有许多喷口。此外设一个装置用于在每个喷口上确定一个要配料的介质的液柱。可充填缓冲介质的压力腔按这样的方式布置，即，通过此缓冲介质可同时在液柱离喷口有间距的那些端部施加一压力。最后，设一压力发生装置，用于将一压力按这样的方式作用在缓冲介质上，即，可通过许多喷口同时将许多微滴施加在底物上。在这里压力腔可在配料头内、在压力发生装置内或既在配料头内又在压力发生装置内构成。此外本专利技术还提供一种用于将许多微滴施加在底物上的方法，其中，首先在许多喷口的每一个上各造成一个要配料的介质的液柱。接着，在液柱离喷口有间距的那些端部借助缓冲介质同时施加一个压力，使得要配料的介质微滴能同时从喷口喷出。本专利技术基于下列认识，即，有可能将许多微滴同时施加在底物上，只要通过一种公共的缓冲介质将一压力同时施加在处于喷口上的液柱上。缓冲介质优选地是惰性的，通过此缓冲介质将短压力脉冲均匀地传给全部喷嘴的液柱，以及，除此之外还防止处于喷口上的不同介质混合，也就是说这种缓冲介质有隔离配料介质的特性。按本专利技术喷口或喷嘴可按彼此相同的间距排列，液滴也应按此间距施加在底物上。若喷嘴彼此应非常靠近地布置，则优选地每个喷嘴通过一自己的介质管道与一较大的位于外部的贮存器连接，通过贮存器可向每个喷嘴或喷口供应某一种液体。但是若喷嘴彼此有足够大的距离，则它们可用传统的方法，例如借助标准的自动移液器供液体，从而可以取消介质管道和贮液器，于是贮液器可直接设在喷嘴上面。为了在按本专利技术的缓冲介质上施加一压力脉冲，在本专利技术优选的实施例中采用一配设有致动器的薄膜。但是此压力脉冲也可按任何可设想的其他方式发生，例如通过化学或热力学过程在其中有缓冲介质的压力腔内生成过压。例如可采用一根配设有致动器的推杆。此外，压力发生装置可以有一个压缩空气供给装置，它在流动上与压力腔连接。按本专利技术，生成的快速压力脉冲均匀地作用在所有喷嘴上并使在喷嘴内所含有的液体加速。因此微滴可同时从许多喷口喷出。此外，按本专利技术的缓冲介质还防止在底物上施加不同的要配料的介质时发生这些介质的混合。按本专利技术的优选地采取下列措施在喷口上造成一液柱，即，令喷口是可通过毛细作用充填的通道的外端，在这种情况下在此通道内构成液柱。于是此通道优选地通过流体连接管道与一贮液器连接，使得始终能实现通道借助毛细作用充填。因此本专利技术提供了一些设备和方法，借助它们可以生成尤其是生物的重要物质的微滴并能按规则的图案施加在底物上。此外，本专利技术提供了一种用于这种将许多微滴施加在底物上的设备中的配料头以及一种方法，这种方法可有利地应用于制造这种配料头。在从属权利要求中说明了本专利技术的进一步发展。下面借助附图进一步说明本专利技术优选的实施例。其中附图说明图1按本专利技术的设备一种实施例的横截面示意图；图2在图1所示设备中使用的硅基片横截面示意图；图3图2中所表示的基片的示意底视图；图4图2中所表示的基片的示意俯视图；图5说明按本专利技术的设备另一种可供选用的实施例横截面示意图；图6、7和8按本专利技术的设备另一些实施例的横截面示意图；图9A和9B说明喷口设计的一种实施例的示意底视图和横截面示意图；图10图6中局部a的放大示意图；图11按本专利技术的一种实施例的贮液器示意图；以及图12说明按本专利技术用于制造从射流基片前侧到后侧的流体通孔的方法用的示意图。由图1可见，所示的按本专利技术用于将许多微滴施加在一底物上的设备实施例由具有某种结构的硅基片2、放在硅基片2上的中间板4以及放在中间板4上的层6组成，在层6中构成形式上为一挤压膜8的压力发生装置。首先尤其借助分别放大表示硅基片2的图2-4详细说明硅基片2的结构。可以看出，在硅基片2的下侧构成许多有下喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
将许多微滴施加在底物上的设备有下列特征：在一配料头中有许多喷口（１４；１０４）；有一个用于在每个喷口（１４；１０４）上确定要配料的介质（３４）液柱的装置；按这样的方式设置一个可充填缓冲介质的压力腔（３０；１１８；１１８’），即，通过此缓冲介质可同时在液柱离喷口（１４；１０４）有间距的那些端部施加一压力；以及，有一个压力发生装置（８；１２２、１２４、１３２、１３４；１４０、１４２、１４０’），用于将一压力按这样的方式作用在缓冲介质上，即，可通过许多喷口（１４；１０４）同时将许多微滴施加在底物上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：霍尔格格鲁勒，尼古劳斯海伊，赫尔曼桑德迈尔，罗兰岑格勒，
申请(专利权)人：哈恩席卡德应用研究学会，罗兰岑格勒，
类型：发明
国别省市：DE[德国]