DE60028665T2 - Vorrichtung zur Herstellung von Mikroarrays - Google Patents

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Hideo Saitama TASHIRO
Tokuji Saitama KITSUNAI
Yoshihide Ibaraki HAYASHIZAKI
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung in der eine große Anzahl von Lebendkörperproben wie Bruchteile einer DNA auf Substraten angeordnet sind, um dadurch einen Mikro-Array einer Lebendkörperprobe herzustellen.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Gegenwärtig wird intensiv an einer Technologie gearbeitet, die effizient alle Gene verschiedener Lebendkörperproben analysiert. Eine DNA-Mikro-Array stellt eine Array dar, in der eine Vielzahl an Spritzern wie Bruchteile einer DNA, die eine vorgegebene Basis-Array aufweisen, auf Substraten wie Objektträger-Gläsern oder Silikonen angeordnet sind; und die DNA-Mikro-Array ist für die obige Analyse notwendig. Durch ein Erkennen der Variationen eines Genes mittels Verwendung der DNA-Mikro-Array kann auch die medizinische Behandlung für einzelne Patienten in Bezug auf unzählige genetisch bedingte Krankheiten richtig ausgeführt werden.
  • In der JP-T-10-503841 wird eine Vorrichtung offenbart, die zur Herstellung einer solchen Mikro-Array verwendet wird. In dieser Vorrichtung wird eine DNA-Bruchteile beinhaltende Testlösung in einem offenen Kapillar-Durchlass, der zwischen einem Paar von langen und engen Elementen ausgebildet ist, die voneinander beabstandet angeordnet sind, gehalten, wobei die Führungsendabschnitte der langen und engen Elemente leicht an den vorgegebenen Positionen der Substrate gehämmert sind, um die Testlösung an dem Substrat anzuhaften, wodurch Lösungsspritzer auf dem Substrat ausgebildet werden.
  • In der oben erwähnten Vorrichtung ist jedoch die Menge der Testlösung, die jeweils in dem offenen Kapillar-Durchlass gehalten werden kann, relativ gering. Wenn gleichzeitig eine große Anzahl an Mikro-Arrays hergestellt wird, muss deshalb die Testlösung in dem offenen Kapillar-Durchlass häufig nachgefüllt werden, wodurch sich die Herstellungszeit der Mikro-Arrays verlängert.
  • Wenn die Menge der Testlösung gering ist, kann die Testlösung leicht austrocknen, wodurch sich deren Viskosität leicht verändert, was wiederum die beständige Ausbildung einer großen Anzahl von Spritzern schwierig macht.
  • Die WO 99/36760 betrifft eine Depotvorrichtung, welche mit einer Flüssigkeitsquelle kombiniert ist, und einen präzisen Flüssigkeitstropfen mit einem kleinen Durchmesser auf einer einen Tropfen aufnehmenden Oberfläche platziert. Ein Transportmechanismus platziert die Vorrichtung über der aufnehmenden Oberfläche und ein Antriebsmechanismus bewegt die Depotvorrichtung zu der Oberfläche hin und zurück. Außerdem ist eine bewegliche Flüssigkeits-Speichervorrichtung vorgesehen, welche die Depotvorrichtung entlang einer Array wieder befüllt.
  • Die US 5,551,487 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, in denen zur Verwendung bei der Erzeugung einer biologischen Probenplatte bewegungsunfähige Reaktanten auf die Substrate ausgegeben werden, um vorhandene beweglichen Reaktanten, die sich mit den unbeweglichen Reaktanten abbinden, zu detektieren. Die Vorrichtung umfasst einen Positionierungsmechanismus zum Positionieren von Patronen über jedes der einzelnen Substrate. Der Positionierungsmechanismus ermöglicht auch das Kontaktieren der Patronen mit den Substraten, um eine bekannte Menge der unbeweglichen Reaktanten an einer bestimmten Stelle des Substrats aufzubringen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung der Nachteile der oben erwähnten herkömmlichen Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung. Es ist ein dementsprechendes Ziel der Erfindung, eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche mit hoher Effizienz, Beständigkeit und niedrigen Kosten einen Mikro-Array herstellen kann.
  • Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, eine Mikro-Array beständig mit hoher Effizienz herzustellen.
  • Diese Ziele werden mittels der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung wird insbesondere eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, umfassend: einen Arbeitstisch, auf dem eine Vielzahl an Substraten angeordnet werden kann; einen Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern einer Lösung, die eine Lebendkörperprobe beinhaltet; Halteelemente zum Einbringen der Lösung aus dem Lösungs-Speicherabschnitt, um den Spritzer der Lösung auf jedem Substrat auszubilden; Bewegungselemente zum Stützen der Halteelemente und deren Bewegen in Richtungen, in denen sich das Halteelement den Substraten annähert und sich von diesen entfernt, wodurch es den Halteelementen ermöglicht wird, den Lösungsspritzer auszubilden; und Zufuhrelemente zum Stützen der Bewegungselemente und Zuführen derselben in einen Bereich mit dem Arbeitstisch und dem Lösungs-Speicherabschnitt, um somit zweidimensionale Koordinaten vorzugeben, wobei die Halteelemente aus einem Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern der Lösung und einer Nadel, die in den Lösungs-Speicherabschnitt einführbar ist, um die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung in einer vorgegebenen Menge an jedes der Substrate anzuhaften; die Bewegungselemente einen Abstützabschnitt beinhalten, der durch den Zuführabschnitt zuzuführen ist, ein erstes bewegliches Element, das in der Lage ist, den Lösungs-Speicherabschnitt daran zu befestigen und auf eine solche Weise befestigt ist, dass es in Bezug auf den Abstützabschnitt in vorgegebenen Richtungen, in denen es sich den Substraten annähert und von diesen zurückzieht, bewegt werden kann, ein zweites bewegliches Element, welches in der Lage ist, die Nadel daran zu befestigen und welches so befestigt ist, dass es in vorgegebenen Richtungen in Bezug auf das erste bewegliche Element beweglich ist, sowie Antriebselemente zum Antreiben des zweiten beweglichen Elements; und wobei das erste bewegliche Element in Kopplung mit dem zweiten beweglichen Element angetrieben wird, um durch das Antriebselement angetrieben zu werden.
  • Da die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung mittels Verwendung der Nadel an dem Substrat angehaftet werden kann, kann in dem ersten Aspekt der Offenbarung eine große Lösungsmenge in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeichert werden. Auch in dem Fall, dass Spritzer nacheinander auf einer großen Anzahl an Substraten ausgebildet werden, besteht keine Notwendigkeit, die Lösung regelmäßig nachzufüllen, was eine Verkürzung der Herstellungszeit der Mikro-Array ermöglicht. Da eine große Lösungsmenge in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeichert werden kann, kann auch das Austrocknen der Lösung und Veränderungen der Viskosität derselben vermieden werden, wodurch eine beständige Ausbildung an Spritzern über einen langen Zeitraum ermöglicht wird.
  • In dem ersten Aspekt der Offenbarung wird des Weiteren das erste bewegliche Element in Kopplung mit dem zweiten beweglichen Element, welches durch das Antriebselement angetrieben wird, betrieben. Das heißt, dass die simultanen Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des zweiten beweglichen Elements und des ersten beweglichen Elements (das heißt, der Nadel und des Lösungs-Speicherelements) genau wie die Aufwärts- und Abwärtsbewegung von nur dem zweiten beweglichen Element (das heißt der Nadel), nachdem das erste bewegliche Element (das heißt das Lösungs-Speicherelement) gestoppt wurde, nur von dem einen Antriebselement ausgeführt werden. Verglichen mit dem Fall, in dem diese beiden Vorgänge durch individuelle Antriebselemente ausgeführt werden, kann infolge dessen die Antriebsquelle der gesamten Vorrichtung in ihrer Gesamtanzahl und die Anzahl der zu der Antriebsquelle dazu gehörigen Teile reduziert werden, wodurch die Kosten für die gesamte Vorrichtung gesenkt werden. Die Verwendung des einzelnen Antriebselements kann auch das Gewicht des Array-Kopfes reduzieren, der mittels der Zuführelemente angetrieben wird, was den Aufbau der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung vereinfacht und deren Gewicht senkt. Es ist deshalb möglich, den Array-Kopf mit hoher Geschwindigkeit durch einen linearen Antriebsmechanismus anzutreiben, wodurch die Herstellungszeit des Mikro-Arrays verkürzt wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung wird auch eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, umfassend: einen Arbeitstisch, auf dem eine Vielzahl an Substraten angeordnet werden kann; ein Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern einer eine Lebendkörperprobe beinhaltenden Lösung; Halteelemente zum Einbringen der Lösung aus dem Lösungs-Speicherabschnitt, um den Spritzer der Lösung auf jedem der Substrate auszubilden; Bewegungselemente zum Stützen der Halteelemente zum Bewegen derselben in Richtungen, in denen sich das Halteelement den Substraten annähert und sich von diesen zurückzieht, wodurch es den Halteelementen ermöglicht wird, den Lösungsspritzer auszubilden; und Zufuhrelemente zum Stützen der Bewegungselemente und Zuführen derselben in einen Bereich mit dem Arbeitstisch und dem Lösungs-Speicherabschnitt um somit zweidimensionale Koordinaten vorzugeben, wodurch die Halteelemente aus einem Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern der Lösung sowie einer Nadel, die in den Lösungs-Speicherabschnitt einführbar ist, um die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung in einer vorgegebenen Menge an jedem der Substrate anzuhaften, zusammengesetzt ist; und die Bewegungselemente einen Basisabschnitt beinhalten, der durch den Zuführabschnitt zuzuführen ist, ein erstes bewegliches Element, das in der Lage ist, den Lösungs-Speicherabschnitt daran zu befestigen und auf eine solche Weise befestigt ist, dass es in Bezug auf den Basisabschnitt in vorgegebenen Richtungen, in denen es sich den Substraten annähert und von diesen zurückzieht, bewegt werden kann, ein erstes Begrenzungselement zur Begrenzung der Bewegung des ersten beweglichen Elements in einer Richtung in Bezug auf den Basisabschnitt, ein zweites bewegliches Element, das in der Lage ist, die Nadel daran zu befestigen und welches so befestigt ist, das es in Bezug auf das erste bewegliche Element in die vorgegebene Richtungen bewegt werden kann, ein zweites Begrenzungselement zur Begrenzung der Bewegung des ersten beweglichen Elements in die andere, der oben genannten einen Richtung entgegen gesetzte Richtung in Bezug auf das erste bewegliche Element, sowie Antriebselemente zum Antreiben des zweiten beweglichen Elements.
  • Da die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung mittels Verwendung der Nadel auf dem Substrat angehaftet werden kann, kann in dem zweiten Aspekt der Offenbarung eine große Lösungsmenge gespeichert und in dem Lösungs-Speicherabschnitt gehalten werden. Auch wenn die Spritzer nacheinander auf einer großen Anzahl an Substraten ausgebildet werden, entfällt die Notwendigkeit eines regelmäßigen Auffüllens der Lösung, wodurch eine Verkürzung der Herstellungszeit der Mikro-Arrays ermöglicht wird. Da eine große Lösungsmenge in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeichert und gehalten werden kann, kann das Austrocknen der Lösung und Veränderungen ihrer Viskosität verhindert werden, wodurch über einen langen Zeitraum ein beständiges Ausbilden von Spritzern ermöglicht wird.
  • In dem zweiten Aspekt der Offenbarung wird das erste bewegliche Element in Kopplung mit dem zweiten beweglichen Element, welches von dem Antriebselement angetrieben wird, betrieben. Das bedeutet, dass die simultanen Aufwärts- und Abwärtsbewegungsabläufe des zweiten beweglichen Elements und des ersten beweglichen Elements (das heißt der Nadel und des Lösungs-Speicherelements) sowie die Aufwärts- und Abwärtsbewegungsabläufe nur des zweiten beweglichen Elements (das heißt der Nadel), nach dem das erste bewegliche Element (das heißt das Lösungs-Speicherelement) gestoppt wurde, nur von dem einzelnen Antriebselement ausgeführt wird.
  • Verglichen mit dem Fall, bei dem diese beiden Abläufe durch individuelle Antriebselemente ausgeführt werden, kann infolge dessen die Antriebsquelle der gesamten Vorrichtung in ihrer Gesamtanzahl und die Anzahl der zu der Antriebsquelle dazu gehörigen Teile reduziert werden, wodurch die Kosten für die gesamte Vorrichtung gesenkt werden. Die Verwendung des einzelnen Antriebselements kann auch das Gewicht des angetriebenen Abschnitts reduzieren, der mittels der Zuführelemente angetrieben wird, was den Aufbau der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung vereinfacht und deren Gewicht senkt. Es ist deshalb möglich, den angetriebenen Abschnitt mit hoher Geschwindigkeit durch einen linearen Antriebsmechanismus anzutreiben, wodurch die Herstellungszeit des Mikro-Arrays verkürzt wird.
  • Nebenbei bemerkt wurden zum besseren Verständnis der Erfindung den Bauelementen der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung in den beiliegenden Zeichnungen zu sehende Bezugszeichen hinzugefügt, die jeweils in Klammern stehen. Diese Äußerung stellt jedoch keine Beschränkung der Erfindung auf die illustrierten Ausführungsformen der Erfindung dar.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, umfassend:
    einen Arbeitstisch, auf dem eine Vielzahl an Substraten angeordnet werden kann; ein Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern einer eine Lebendkörperprobe beinhaltenden Lösung; Halteelemente zum Einbringen der Lösung aus dem Lösungs-Speicherabschnitt, um den Spritzer der Lösung auf jedem der Substrate auszubilden; Bewegungselemente zum Stützen der Halteelemente und zum Bewegen derselben in Richtungen, in denen sich die Halteelemente den Substraten annähern und sich von diesen zurückziehen, wodurch es den Halteelementen ermöglicht wird, den Lösungsspritzer auszubilden; und Zufuhrelemente zum Stützen der Bewegungselemente und Zuführen derselben in einen Bereich mit dem Arbeitstisch und dem Lösungs-Speicherabschnitt um somit zweidimensionale Koordinaten vorzusehen; wobei die Halteelemente einen Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern der Lösung sowie eine Nadel, die in den Lösungs-Speicherabschnitt einführbar ist, um die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung in einer vorgegebenen Menge an jedem der Substrate anzuhaften, umfassen. Da die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung mittels Verwendung der Nadel auf dem Substrat angehaftet werden kann, kann in dem dritten Aspekt der Offenbarung eine große Lösungsmenge gespeichert und in dem Lösungs-Speicherabschnitt gehalten werden. Auch wenn die Spritzer nacheinander auf einer großen Anzahl an Substraten ausgebildet werden, entfällt die Notwendigkeit eines regelmäßigen Auffüllens der Lösung, wodurch eine Verkürzung der Herstellungszeit der Mikro-Arrays ermöglicht wird. Da eine große Lösungsmenge in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeichert und gehalten werden kann, kann das Austrocknen der Lösung sowie Veränderungen ihrer Viskosität verhindert werden, wodurch über einen langen Zeitraum ein beständiges Ausbilden von Spritzern ermöglicht wird.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung beinhaltet der Lösungs-Speicherabschnitt der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung des dritten Aspekts einen kegelförmigen inneren Raum.
  • In dem vierten Aspekt der Erfindung beinhaltet der Lösungs-Speicherabschnitt einen kegelförmigen inneren Raum. In dem Fall, dass der innere Raum des Lösungs-Speicherabschnitts kegelförmig ausgebildet ist, kann die Lösung gut aufbewahrt werden und gleichzeitig kann, wenn die Nadel aus dem Lösungs-Speicherabschnitt hervorsteht, die Menge der in die Nadel aufgenommenen Lösung genau kontrolliert werden.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der Offenbarung beinhaltet die Nadel der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung des dritten Aspekts einen flachen Abschnitt, der in deren substratseitigen Führungsendabschnitt ausgebildet ist.
  • In dem fünften Aspekt der Offenbarung ist in dem Führungsende der Nadel eine flache Oberfläche ausgebildet. Aufgrund dessen kann die Deformation des Führungsendabschnitts der Nadel, wenn das Führungsende der Nadel mit dem Substrat in Kontakt kommt, vermieden werden, wodurch das Erzeugen von beständigen Spritzern ermöglicht wird.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der Offenbarung beinhaltet die Nadel der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung des dritten Aspekts der Erfindung einen Schlitz, um die Lösung darin zu halten.
  • In dem sechsten Aspekt der Offenbarung ist in der Nadel ein Schlitz ausgebildet, um die Lösung darin zu halten, was eine Erhöhung der zu haltenden Lösungsmenge ermöglicht.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der Offenbarung sind des Weiteren in der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung des dritten Aspekts der Erfindung Waschelemente vorgesehen, welche eine Waschlösung in den inneren Raum des Lösungs-Speicherabschnitts ergießen, um hierdurch den inneren Raum des Lösungs-Speicherabschnitts zu reinigen.
  • In dem siebten Aspekt der Offenbarung sind des Weiteren Waschelemente zum Reinigen des inneren Raums des Lösungs-Speicherabschnitts vorgesehen. Dies verhindert, dass die in dem Lösungs-Speicherabschnitt gehaltene Lösung in einem bestimmten Schritt bis zum nächsten Schritt innerhalb des Lösungs-Speicherabschnitts verbleibt. So wird das Vermischen von verschiedenen Lösungen vermieden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht auf eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ist eine Vorderansicht einer Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, gesehen aus der Richtung der in 1 gezeigten Linien II-II;
  • 3 ist eine Schnittdarstellung der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, gesehen aus der Richtung der in 1 gezeigten Linien III-III;
  • 4 ist eine Schnittdarstellung des Aufbaus eines Array-Kopfes, der in der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform angeordnet ist;
  • 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Nadel-Befestigungsabschnitts des in 4 gezeigten Array-Kopfes;
  • Die 6A bis 6D zeigen den Stand der Lösung an, wenn die Nadel in Bezug auf das Lösungs-Speicherelement in vertikaler Richtung bewegt wird; 6A ist im Besonderen eine Schnittdarstellung eines Zustandes, in dem die Nadel komplett in das Lösungs-Speicherelement eingetaucht ist; 6B ist eine Schnittdarstellung eines Zustandes, in dem die Nadel von ihrer in 6A zu sehenden Position nach unten platziert ist; 6C ist eine Schnittdarstellung eines Zustandes, in dem das Führungsende der Nadel aus dem Führungsende des Lösungs-Speicherelements hervorsteht; und 6D ist eine Schnittdarstellung eines Zustandes, in dem das Führungsende der Nadel mit dem Führungsende des Substrats in Berührung kommt;
  • Die 7A und 7B zeigen die Form einer Nadel, die in der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform angeordnet ist: 7A ist im Besonderen eine perspektivische Darstellung der Nadel; und 7B ist, von der axialen Richtung der Nadel aus gesehen, eine Aufsicht des Führungsendabschnitts der Nadel;
  • Die 8A und 8B zeigen ein Verfahren zum Einfüllen der Lösung in das Lösungs-Speicherelement; 8A ist im Besonderen eine Schnittdarstellung eines Zustandes kurz nachdem das Führungsende des Lösungs-Speicherelements in die Lösung eingetaucht wurde; und 8B ist eine Schnittdarstellung eines Zustandes, in welchem die Lösung aufgrund der Kapillar-Aktion in das Lösungs-Speicherelement eingefüllt wurde;
  • 9 zeigt die Waschelemente zum Reinigen des inneren Abschnitts des Lösungs-Speicherelements mittels Verwendung von Wasser; und
  • Die 10A und 10B zeigen die Form der Nadel, die in der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eingesetzt wird: 10A ist im Besonderen eine perspektivische Ansicht der Nadel; und 10B ist eine Aufsicht des Führungsendabschnitts der Nadel, gesehen aus der axialen Richtung derselben.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Eine erste Ausführungsform einer Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
  • 1 ist eine Draufsicht auf eine Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 2 ist eine Vorderansicht einer Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, gesehen aus der Richtung der in 1 gezeigten Linien II-II; und 3 ist eine Schnittdarstellung der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, gesehen aus der Richtung der in 1 gezeigten Linien III-III.
  • Wie in den 1 bis 3 gezeigt wird, umfasst die Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen Basiskörper 1 zum Tragen einer Vielzahl an Substraten (in 1 sind es 192 Bögen), auf denen ein Mikro-Array hergestellt wird, ein Paar von Array-Köpfen 3A und 3B, die jeweils an dem Basiskörper 1 befestigt sind, ein Paar von linearen Antriebsmechanismen 2Y zum gleichzeitigen Antrieb der Array-Köpfe 3A und 3B in Richtung der Y-Achse (in 1 in vertikaler Richtung), sowie einen linearen Antriebsmechanismus 2X zum Antrieb der Array-Köpfe 3A und 3B in Richtung der X-Achse (in 1 in Richtung nach rechts und links). Wenn die Array-Köpfe 3A und 3B ausdrücklich nicht von einander unterschieden werden können, werden sie im Folgenden einfach als ein Array-Kopf 3 beschrieben. Die Details des Array-Kopfes 3 werden später erklärt.
  • Die obere Oberfläche des Basiskörpers 1 ist in zwei Blocks 10A und 10B aufgeteilt, die Seite an Seite in der linken und rechten Richtung in 1 angeordnet sind, wobei in den Blocks 10A und 10B jeweils die gleichen Elemente vorgesehen sind. Die zwei Blöcke 10A und 10B korrespondieren jeweils innerhalb der XY-Ebene mit dem Bewegungsbereichen der Array-Köpfe 3A und 3B.
  • Wie in 1 zu sehen ist, ist in jedem der beiden Blöcke 10A und 10B ein als Betriebstisch dienender Substrat-Platzierungsabschnitt 11 angeordnet, auf dem eine große Anzahl an Substraten matrizenartig platziert ist, sowie eine feste Platte 12, die als Lösungs-Speicherabschnitt, in dem eine große Anzahl an vertieften Abschnitten zum Speichern einer DNA-Bruchteile enthaltenden Lösung, dient, sowie ein in dem Array-Kopf 3 befindlicher Ultraschallreiniger 13, der von dessen Außenseite mittels Verwendung von Wasser zum Reinigen eines Lösungs-Speicherelements (das später beschrieben wird) diesem eine Ultraschallwelle zuführt, sowie einen Reinigungsabschnitt 14 zum Reinigen des Lösungs-Speicherelements, einen Trockenabschnitt 15 zum Trocknen der gereinigten Speicherelemente und ein Testtisch 16, auf dem zwei Substrate oder Dummy-Substrate zur Herstellung eines Mikro-Array experimentell platziert werden.
  • In dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 sind Sauglöcher 11a (1) geöffnet, um mit dem Substrat zu korrespondieren, da die Rohrdurchlasse einer (nicht gezeigten) Vakuumvorrichtung mit dem Sauglöchern 11a verbunden sind. In dem Fall, dass die Vakuumvorrichtung in Betrieb ist, wird die Luft durch die Sauglöcher 11a gesaugt, um dadurch eine Fixierung der Substrate auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 zu ermöglichen.
  • Das Paar von linearen Antriebsmechanismen 2Y umfasst jeder einen sich in der Richtung der Y-Achse erstreckenden längs verlaufenden fixierten Rahmen 20, eine lineare Führung, die aus einer Schiene 21a besteht und derart an dem fixierten Rahmen 20 befestigt ist, dass sie sich in Richtung der X-Achse erstreckt, sowie einem an der Schiene 21a beweglich angebrachten Schieber 21b, einen Tisch 22, der von der linearen Führung geführt wird und einem linearen Motor zum Antrieb des Tisches 22. Der lineare Motor umfasst einen Magneten 23a, der als eine zweite Seite des sich in Richtung der Y-Achse erstreckenden Motors dient, und eine Spule 23b, welche als erste Seite des an der Rückseite des Tisches 22 befestigten Motors dient, um dem Magneten 23a gegenüber zu liegen.
  • Der lineare Antriebsmechanismus 2X umfasst auch einen längs verlaufenden beweglichen Rahmen 24, der zwischen dem Paar von Tischen 22 eingefügt ist, um von den zwei linearen Antriebsmechanismen 2Y angetrieben zu werden, um in Richtung der X-Achse die zwei Tische 22 zu überbrücken, eine aus einer Schiene 25a bestehende lineare Führung, die an dem beweglichen Rahmen 24 befestigt ist, um sich in Richtung der X-Achse zu erstrecken, und zwei Schieber 25b, die jeweils beweglich an der Schiene 25a angebracht sind, einen Tisch 26, der von der linearen Führung geführt wird, sowie einen linearen Motor zum Antrieb des Tisches 26. Der lineare Motor ist aus einem als zweite Seite des sich in Richtung der X-Achse erstreckenden Motors dienenden Magneten und einer als erste Seite des, um dem Magneten 27a gegen über zu liegen, an der hinteren Oberfläche des Tisches 26 montierten Motors dienenden Spule 27b zusammengesetzt.
  • Auf dem Tisch 26 sind zwei elektrische Bedienelemente 29 angebracht. Jedes der elektrischen Bedienelemente 29 umfasst im Detail eine einen U-förmigen Abschnitt aufweisende Schiene 29a und einen Schieber 29b, der in der Schiene 29a eingearbeitet ist, um sich frei hin und her bewegen zu können. In dem Schieber 29b ist eine (nicht gezeigte) Gewindemutter angeordnet; und in dem elektrischen Bedienelement 29 ist eine Schraubwelle 29, welche mittels eines Gewindes mit der Gewindemutter in Eingriff steht, sowie ein Motor 29d zum Antrieb oder Rotation der Schraubwelle 29c angeordnet.
  • Der Array-Kopf 3 ist an dem Schieber 29b des elektrischen Bedienelements 29 befestigt. Die Betriebsrichtung des elektrischen Bedienelements 29 ist die vertikale Richtung (die Z-axiale Richtung), welche nicht nur in Bezug auf die X-axiale Richtung, sondern auch in Bezug auf die Y-axiale Richtung senkrecht ist. Das bedeutet, dass das elektrische Bedienelement 29 als Teil des Bewegungselements zum Bewegen der Halteelemente, die in dem Array-Kopf 3 in Richtungen untergebracht sind, wo sich die Halteelemente den auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 platzierten Substraten annähern und sich von ihnen entfernen, operiert (was später diskutiert wird).
  • Die zwei linearen Antriebsmechanismen 2Y und der lineare Antriebsmechanismus 2X dienen als Zuführelemente, die das elektrische Bedienelement 29 (und auf diese Weise den Array-Kopf 3) stützen und dieselben in einen Bereich mit dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 und der festen Platte 12 zuführen, um dadurch dem elektrischen Bedienelement 29 zweidimensionale Koordinaten vorzugeben.
  • 4 ist eine Schnittdarstellung des Array-Kopfes 3, die dessen Aufbau zeigt. Wie in 4 zu sehen ist, umfasst der Array-Kopf einen Stützabschnitt 31, der an dem (in 4 nicht gezeigten) Tisch 26 befestigt ist und zugeführt wird, Antriebselemente 32, die einen Servomotor 32a, der an dem Stützabschnitt 31 befestigt ist, beinhalten, ein erstes bewegliches Element 33, welches frei beweglich mittels einer lineare Führung 36, die aus einer Schiene und einem Schieber in vertikaler Richtung (in Richtung der Z-Achse) in 4 zusammengesetzt ist, montiert ist, das heißt in einer Richtung, in der sich das erste bewegliche Element 33 den auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 platzierten Substraten annähert und sich von diesem zurückzieht, sowie ein zweites beweglichen Element 34, welches frei beweglich mittels einer lineare Führung 37, die aus einer Schiene und einem Schieber zusammengesetzt ist, in Bezug auf das erste frei bewegliche Element 33 in der vertikalen Richtung befestigt ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten beweglichen Element 33 und 34 sind Kompressionsfedern 55 und 56 eingefügt.
  • Der Stützabschnitt 31 ist, wie oben beschrieben, an dem Tisch 26 befestigt und mittels des Betriebs des in den 1 bis 3 gezeigten Motors 29d kann der Stützabschnitt 31 in vertikaler Richtung bewegt werden. Die Position des ganzen Array-Kopfes 3 kann aufgrund dessen in der vertikalen Richtung (in Richtung der Z-Achse) auf die Dicke der Substrate eingestellt werden.
  • Das zweite bewegliche Element 34 kann durch die Antriebsmittel 32 betrieben werden. Das Antriebsmittel 32 ist wie folgt aufgebaut und beinhaltet auch den bereits erwähnten Servomotor 32a.
  • Das heißt, dass wie in 4 zu sehen ist, das Antriebselement 32 eine Schraubwelle 32d umfasst, die drehbar an zwei Endabschnitten des Stützabschnitts 31 des Array-Kopfes 3 mittels Lagern 32b und 32c, einem Koppler 32f zum Koppeln der Schraubwelle 32d an die Antriebswelle 32e des Servomotors 32a, angebracht ist, sowie einer Gewindemutter 39b, die durch einen Verbindungsarm 39a an dem oberen Endabschnitt des zweiten beweglichen Elements 34 angebracht ist, um mit der Schraubwelle 32d mittels eines Gewindes in Eingriff zu stehen. Zwischen der Schraubwelle 32d und der Gewindemutter 39b ist übrigens eine große Anzahl an (nicht gezeigten) Kugeln eingefügt und in der Gewindemutter 39b ist ein endloser Zirkulationsdurchlauf ausgebildet, in dem die Kugeln zirkulieren; das heißt, dass die Kugeln aufgrund der jeweiligen Rotation zwischen der Schraubwelle 32b und der Gewindemutter 39b durch den endlosen Zirkulationsdurchlauf zirkulieren können.
  • An dem unteren Endabschnitt des zweiten beweglichen Elements 34 ist eine Nadel 51 derart befestigt, dass das Führungsende der Nadel 51 mit den Substraten, die auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt platziert sind, in Berührung kommen kann. Die Nadel ist in Bezug auf das zweite bewegliche Element 34 in der vertikalen Richtung angebracht. Wie in 5 gezeigt wird, wird ausdrücklich ein Befestigungselement 50 verwendet, das dazu eingesetzt wird, die Nadel 51 auf dem zweiten beweglichen Element 34 zu befestigen; das Befestigungselement 50 ist hohl ausgebildet und folglich wird der obere Endabschnitt der Nadel 51 in den hohlen inneren Raum des Befestigungselements 50 eingeführt. In dem inneren Raum ist eine Spiralfeder 49 angeordnet, um das obere Ende der Nadel 51 aufzunehmen. Wenn sich die Nadel 51 zusammen mit dem zweiten beweglichen Element 34 nach unten bewegt und ihr Führungsende mit den Substraten in Berührung kommt, wird die Spiralfeder 49 zusammen gepresst, um dadurch den Vorgang des Kontaktierens zu dämpfen. Da sich das zweite bewegliche Element, auch nachdem die Nadel 51 mit dem Substrat in Berührung gekommen ist, weiter nach unten bewegt, wird die Spiralfeder 49 um den der Abwärtsbewegung entsprechenden Betrag des zweiten beweglichen Elements 34 zusammen gepresst. Dies verleiht der Nadel 51 eine vorgegebene Kontaktstärke.
  • An dem unteren Endabschnitt des ersten beweglichen Elements 33 ist ein Lösungs-Speicherelement 52 befestigt, das als ein Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern einer Lösung 53 darin dient, welche den Substraten zugeführt werden soll. Wie in den 4 und 6 zu sehen ist, ist das Lösungs-Speicherelement 52 in einer kegelförmigen Rohrform ausgebildet; und in dem kegelförmigen inneren Raum des Lösungs-Speicherelements 52 ist eine Nadel 51 zusammen mit der Lösung 53 untergebracht. Der Führungsendabschnitt 51a der Nadel 51 kann aus einer Öffnung 52a, die in dem unteren Ende des Lösungs-Speicherelements 52 ausgebildet ist, hervorstehen und in diese zurückkehren.
  • In dem Fall, dass die Nadel 51 aus dem Lösungs-Speicherelement 52 hervorsteht, nimmt sie eine vorgegebene Menge der Lösung 53 innerhalb des Lösungs-Speicherelements 52 auf und ermöglicht der vorgegebenen Menge an dem Substrat, welches auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 platziert ist, anzuhaften.
  • Das Lösungs-Speicherelement 52 und die Nadel 51 werden generell als Halteelemente bezeichnet. Die Halteelemente nehmen die Lösung von der festen Platte 12 auf, die als ein Lösungs-Speicherabschnitt dient, und bewahren die Lösung darin auf. Das Halteelement wird dazu verwendet, die auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 platzierten Substrate mit dem Lösungsspritzer 53 zu versehen.
  • Von den Bauelementen des Array-Kopfes 3 werden übrigens die Bauelemente und die vorher beschriebenen elektrischen Bedienelemente 29 außer den Halteelementen (das Lösungs-Speicher-element 52 und die Nadel 51) generell als Bewegungselemente bezeichnet. Das Bewegungselement stützt das Halteelement und bewegt es in einer Richtung, in der es sich den auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 platzierten Substraten annähert und sich von diesen zurückzieht, wodurch dem Halteelement ermöglicht wird, den oben erwähnten Spritzer auszubilden.
  • Wie in 4 zu sehen, ist in dem unteren Endabschnitt des Stützabschnitts 31 ein erstes einen Dämpfer 41a beinhaltendes Begrenzungselement 41 angeordnet; und das erste bewegliche Element 33 kann mit dem ersten Begrenzungselement in Kontakt treten.
  • Das erste Begrenzungselement 41 begrenzt die Bewegung des ersten beweglichen Elements 33 in Bezug auf den Stützabschnitt 31 in abwärtiger Richtung (welche die entgegen gesetzte Richtung zu der von dem Pfeil Z markierten Richtung, die in 4 zu sehen ist, darstellt) an einer vorgegebenen Position.
  • An dem oberen Endabschnitt des ersten beweglichen Elements 33 ist auch ein zweites Begrenzungselement 42 vorgesehen; und ein Kontaktstift 34a, der an dem benachbarten Abschnitt des oberen Endes des zweiten beweglichen Elements 34 vorgesehen ist und von diesem hervorsteht, kann mit dem zweiten Begrenzungselement 42 in Berührung kommen. Das zweite Begrenzungselement 42 begrenzt die Bewegung des zweiten beweglichen Elements 34 in Bezug auf das erste bewegliche Element in der aufwärtigen Richtung (das bedeutet die Richtung, die von dem Pfeil Z in 4 markiert wird) an einer vorgegebenen Position. Der Kontaktstift 34a beinhaltet im Übrigen eine Dämpfer 34b.
  • Wie in den 4 bis 7 zu sehen ist, ist der Führungsendabschnitt 51a der Nadel 51 kegelförmig ausgebildet. In dem Führungsendabschnitt 51a ist, wie in den 7A und 7B gezeigt, auch eine kreisförmige, flache Oberfläche 51b ausgeformt.
  • Wenn der Servomotor 32a betrieben wird, wird die Schraubwelle 32a gedreht und die Gewindemutter 39b dreht sich zwischen der oberen und unteren Position hin und her, wodurch das zweite bewegliche Element 34 angetrieben oder zwischen der oberen und unteren Position hin und her bewegt wird.
  • Wenn sich das zweite bewegliche Element 34 in der oberen Position befindet, kommt der an dem zweiten beweglichen Element 34 angeordnete Kontaktstift 34a mit dem an dem ersten beweglichen Element 33 angebrachten zweiten Begrenzungselement 42 in Berührung und die untere Endoberfläche des ersten beweglichen Elements 33 ist von dem an dem Stützelement 31 angeordneten ersten beweglichen Element 33 beabstandet. Zu diesem Zeitpunkt ähnelt die jeweilige Positionsbeziehung zwischen dem ersten und zweiten beweglichen Element 33 und 34 derjenigen in 4 gezeigten und die zwei beweglichen Elemente 33 und 34 werden weiter als in 4 gezeigt nach oben bewegt.
  • Wenn sich das zweite bewegliche Element 34 an der unteren Position befindet, kommt andererseits die untere Endoberfläche des ersten beweglichen Elements 33 mit dem ersten, an dem Stützelement 31 angeordneten Begrenzungselement 41 in Kontakt. Der an dem zweiten beweglichen Element 34 angebrachte Kontaktstift 34a wird von dem zweiten, an dem ersten beweglichen Element 33 angebrachten Begrenzungselement 42 getrennt, so das die Kompressionsfedern 55 und 56 zusammen gepresst werden.
  • Wenn das zweite bewegliche Element 34 von der oberen in die untere Position bewegt wird, bis die untere Endoberfläche des ersten beweglichen Elements 33 mit dem ersten Begrenzungselement 41 in Berührung kommt, bewegt sich das zweite bewegliche Element 34 zusammen mit dem ersten beweglichen Element 33 abwärts, da es mit dem zweiten Begrenzungselement 42 über den Kontaktstift 34a in Kontakt bleibt. Wenn die untere Endfläche des ersten beweglichen Elements 33 in Berührung mit dem ersten Begrenzungselement 41 kommt, verbleibt das erste bewegliche Element in der zu diesem Zeitpunkt eingenommenen Position. Anschließend bewegt sich nur noch das zweite bewegliche Element 34 nach unten, um die untere Position zu erreichen.
  • Wenn das zweite bewegliche Element 34 von der unteren in die obere Position bewegt wird, bis der an dem zweiten beweglichen Element 34 angebrachte Kontaktstift 34a mit dem zweiten Begrenzungselement 42 in Berührung kommt, bewegt sich nur das zweite bewegliche Element 34 nach oben, wodurch das erste bewegliche Element 33 stehen bleibt, da es in Kontakt mit dem ersten Begrenzungselement 41 steht. Wenn der Kontaktstift 34a mit dem zweiten Begrenzungselement 42 in Berührung steht, bewegt sich das zweite bewegliche Element 34 zusammen mit dem ersten beweglichen Element 33 aufwärts und auf diese Weise wird die untere Endfläche des ersten beweglichen Elements 33 von dem ersten Begrenzungselement 41 getrennt.
  • Die 6A und 6B sind jeweils Schnittdarstellungen des Lösungs-Speicherelements 52, welche den Stand der Lösung anzeigen, wenn sich die Nadel 51 in Bezug auf das Lösungs-Speicherelement in vertikaler Richtung bewegt.
  • Wenn sich das zweite bewegliche Element 34 wie in 6A gezeigt, in der oberen Position befindet, ist die Nadel 51 komplett in den inneren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 eingetaucht. Wenn das zweite bewegliche Element 34 von der oberen in die untere Position bewegt wird, bis das untere Ende des ersten beweglichen Elements 33 das erste Begrenzungselement 41 kontaktiert, bewegen sich die Nadel 51 und das Lösungs-Speicherelement 52 nach unten, da sie die in 6A gezeigte Position einnehmen. Wenn das untere Ende des ersten beweglichen Elements 33 mit dem ersten Begrenzungselement 41 in Berührung kommt, wie in den 6B und 6C in der Abfolge gezeigt wird, setzt nur die Nadel die Abwärtsbewegung fort. Wenn das Führungsende 51a der Nadel 51 aus der Öffnung 52a des Lösungs-Speicherelements 52 wie in 6C gezeigt hervorsteht, haftet die Lösung an der Oberfläche der Nadel 51 an. Wenn das Führungsende der Nadel 51 wie in 6D gezeigt mit dem Substrat 70 in Berührung kommt, bewegt sich die dem Führungsende der Nadel 51 anhaftende Lösung und haftet dem Substrat 70 als ein feiner Lösungstropfen an, wodurch ein Spritzer ausgebildet wird.
  • Wie aus der vorangegangenen Erklärung klar ersichtlich wurde, wird in der ersten Ausführungsform das erste bewegliche Element 33 in Kopplung mit dem zweiten beweglichen Element 34 angetrieben, welches von dem Antriebselement 32 angetrieben wird. Das heißt, dass die simultane Aufwärts- und Abwärtsbewegung des zweiten beweglichen Elements 34 und des ersten beweglichen Elements 33 (das bedeutet die Bewegung der Nadel 51 und des Lösungs-Speicherelements 52) sowie die Aufwärts- und Abwärtsbewegung von nur dem zweiten beweglichen Element 34 (das bedeutet die Bewegung der Nadel 51), nachdem das erste bewegliche Element (das Lösungs-Speicherelement 52) gestoppt wurde, nur von dem den Servomotor 32a beinhaltenden einfachen Antriebselement 32 ausgeführt werden. Aus diesem Grund kann im Vergleich mit dem Fall, in dem diese zwei Vorgänge von individuellen Antriebsmitteln ausgeführt werden, die Anzahl der Antriebsquellen der gesamten Vorrichtung und die Anzahl der mit der Antriebsquelle in Zusammenhang stehenden Teile reduziert werden, was die Kosten der gesamten Vorrichtung senkt. Die Verwendung des einzelnen Antriebs senkt des Weiteren das Gewicht des Array-Kopfes 3, der das vorliegenden Antriebselement beinhaltet, wodurch eine Vereinfachung des Aufbaus der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung und die Absenkung ihres Gewichts erzielt wird. Es ist deshalb möglich, den Array-Kopf 3 durch die Antriebsmechanismen 2X und 2Y mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben, was wiederum die Produktionszeit der Mikro-Arrays verkürzt.
  • Wie in den 7A und 7B zu sehen ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform an dem Führungsende der Nadel 51 eine kreisförmige, flache Oberfläche 51b ausgebildet. Auch in dem Fall, dass die Spritzer öfters ausgebildet werden, kann deshalb die Deformation des Führungsendes der Nadel 51 minimiert werden. Aus diesem Grund kann beständig eine große Anzahl an aufeinander folgenden Spritzern ausgebildet werden, ohne die Nadel 51 regelmäßig zu ersetzen.
  • Das Führungsende der Nadel 51 muss im Übrigen nicht immer eben ausgebildet sein, sondern kann auch eine gekurvte Oberfläche aufweisen. Kurz gesagt muss das Führungsende der Nadel 51 eine derartige Form aufweisen, dass sie nicht deformierbar ist. Die Form der flachen Oberfläche 51b darf, wenn die axiale Linie der Nadel 51 von oben gesehen wird, nicht kreisförmig ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise eine rechteckige Form aufweisen. Wenn die feinen Spritzer mit einer geringen Neigung angeordnet werden, kann vorzugsweise eine einem Kreis nahe kommende Form eingesetzt werden, da die Durchmesser der Spritzer stabilisiert werden können.
  • Im Folgenden wird unter Verweis auf die 8A und 8B das Verfahren zum Einfüllen der Lösung in das Lösungs-Speicherelement 52 beschrieben.
  • Zuerst wird, wie in 8A zu sehen ist, das Lösungs-Speicherelement 52 in einen vorgegebenen vertieften Abschnitt 71, der in dem inneren Abschnitt der festen Platte 12 ausgeformt ist, eingeführt, so dass das Führungsende des Lösungs-Speicherelements 52 in die Lösung 53 eingetaucht wird. Dann wird das Führungsende der Nadel 51 auf eine Position eingestellt, in der sie fast aus der Öffnung 52a des Lösungs-Speicherelements 52 hervorsteht. Wenn das Führungsende des Lösungs-Speicherelements 52 auf diese Weise in die Lösung 53 eingetaucht wird, wird die in dem vertieften Abschnitt 71 befindliche Lösung aufgrund der Kapillar-Aktion in den inneren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 gesogen, so dass das Lösungs-Speicherelement 52 bis zu einem gewissen Grad mit der Lösung befüllt wird. Dann wird aufgrund der Haftkraft der Lösung in Bezug auf das Führungsende der Nadel 51, wenn die Nadel nach oben bewegt wird, während das Lösungs-Speicherelement 52 fixiert bleibt, die flüssige Oberfläche der Lösung in Übereinstimmung mit der Aufwärtsbewegung der Nadel 51 aufgenommen, so dass eine große Menge an Lösung in das Lösungs-Speicherelement 52 eingefüllt wird. Wenn das Lösungs-Speicherelement 52 und die Nadel 51 aus dieser Position herausgezogen werden, wird die in das Lösungs-Speicherelement 52 gefüllte Lösung 53 so behalten, wie sie sich in dem Lösungs-Speicherelement 52 befindet.
  • Da die Lösung 53 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben in den inneren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 eingefüllt ist, kann eine relativ große Menge an Lösung 53 in dem Lösungs-Speicherelement 52 gelagert werden. Aufgrund dessen muss auch in dem Fall, das die Spritzer aufeinander folgend auf eine große Anzahl an Substraten ausgebracht werden, die Lösung nicht regelmäßig ersetzt werden, wodurch die Produktionszeit der Mikro-Arrays verkürzt wird. Da es möglich ist, eine große Menge an Lösung 53 in dem Lösungs-Speicherelement 52 zu speichern und aufzubewahren, kann das Austrocknen der Lösung 53 und Veränderungen in ihrer Viskosität eingegrenzt werden. Dementsprechend können nicht nur die Spritzer über einen langen Zeitraum beständig ausgebildet, sondern auch die Ertragsrate des Mikro-Array verbessert werden. Die Lösung trocknet normalerweise besonders schnell aus, wenn die Lösung mit hoher Geschwindigkeit aufgetragen wird; auch wenn die Lösung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einer hohen Geschwindigkeit aufgetragen wird, kann der Zustand und die Viskosität der Lösung 53 über einen langen Zeitraum stabil gehalten werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist auch der innere Raum des Lösungs-Speicherelements 52 kegelförmig ausgebildet. Aufgrund dessen kann die Lösung 53 gut aufbewahrt werden und gleichzeitig kann, wenn die Nadel 51 aus dem Lösungs-Speicherelement 52 hervorsteht, die Menge der sich zur Nadel 51 bewegenden Lösung genau kontrolliert werden.
  • Die 9 zeigt im Folgenden ein Waschelement, das dazu verwendet wird, den inneren Raum des Lösungs-Speicherelements 52 zu reinigen. Das Waschelement 60 umfasst einen Tank 61 für destilliertes Wasser zum Speichern von extra-destilliertem Wasser als Waschlösung, eine Pumpe 62 zum Zuführen des extra-destillierten Wassers von dem Tank 61 für destilliertes Wasser, eine elektromagnetisches Ventil 63 zum Einstellen der Zufuhrmenge an extra destilliertem Wasser, einen Luftdruckquelle 65 zur Herstellung von Druckluft, einen Tank 66 zur Reduktion des Pulsierens des von der Luftdruckquelle 65 ausgebildeten Luftdrucks, ein elektromagnetisches Ventil 67 zum Einstellen der dem Tank 66 zuzuführenden Menge an Luft, ein flexibles Rohr 68 zum Zuführen des durch das elektromagnetische Ventil 63 zugeführten extra-destillierten Wassers und der durch das elektromagnetische Ventil 67 zugeführten Luft, sowie ein an dem Lösungs-Speicherelement 52 befestigter Absperrhahn 69. Wie in 9 zu sehen ist, ist der Absperrhahn 69 mit dem flexiblen Rohr 68 verbunden.
  • Das das extra-destillierte Wasser mittels Verwendung des in 9 gezeigten Waschelements durch den Absperrhahn 69 in den inneren Raum des Lösungs-Speicherelements 52 zuströmen kann, ist es möglich, den von der Ultraschall-Reinigungsmaschine 13 schwer zu reinigenden inneren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 ausreichend zu reinigen. Das in dem inneren Abschnitt verbleibende Wasser des Lösungs-Speicherelements 52 kann mittels Druckluft entfernt werden.
  • Aufgrund der Tatsache, dass der innere Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 auf diese Weise gereinigt wird, ist es nicht möglich, dass die von dem Lösungs-Speicherelement 52 in einem bestimmten Schritt gehaltene Lösung in dem inneren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 bis zum nächsten Schritt verbleibt. Der äußere Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 wird auch durch die Ultraschall-Reinigungsmaschine 13 und der Spülmaschine 14 ausreichend gereinigt, was ein Anhaften der in einem bestimmten Schritt verwendeten Lösung an dem äußeren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 bis zum nächsten Schritt unmöglich macht. Dies verhindert das Vermischen unterschiedlicher Lösungen miteinander.
  • Wenn das Lösungs-Speicherelement 52 mittels des Waschelements 60 gereinigt wird, sollte das Lösungs-Speicherelement 52 im Übrigen in dem Reinigungsabschnitt 14 positioniert sein.
  • Es folgt eine Beschreibung des Betriebs der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform während des Arbeitsverfahrens zur Herstellung von Mikro-Arrays. In den folgenden Schritten werden im Übrigen die linearen Antriebsmechanismen 2X und 2Y sowie das elektrische Bedienelement 29 genau betrieben, um so den Array-Kopf 3 folgerichtig in vorgegebenen Positionen zu platzieren. Dieser Kontrollvorgang wird von einer (nicht gezeigten) Kontrolleinheit ausgeführt.
  • Um einen Mikro-Array herzustellen, wird zuerst eine Vielzahl an Substraten (beispielsweise 96 Bögen hiervon) in einem Zustand, in dem der Array-Kopf 3 von dem Substrat-Platzierungsabschnitt zurückgezogen ist, auf den Substrat-Platzierungsabschnitten 11 der Blöcke 10A und 10B angeordnet, worauf die im Vorangegangenen beschriebenen Vakuumvorrichtung betrieben wird, um die Substrate anzusaugen und zu fixieren. In die jeweiligen vertieften Abschnitte der festen Platte 12 ist beispielsweise eine Vielzahl an Lösungen eingeführt, die jeweils verschiedene DNA-Bruchteile enthalten. Auf dem Testtisch 16 ist ein Substrat zum experimentellen Ausbilden eines Mikro-Arrays oder ein Dummy-Substrat fixiert. An dem Testtisch werden, ähnlich wie auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 (nicht gezeigte) Sauglöcher zum Ansaugen der Substrate ausgebildet; und die Substrate auf dem Testtisch 16 werden, ähnlich wie auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 mittels der Vakuumvorrichtung angesaugt und fixiert. Als Nächstes wird der Lösungsspritzer experimentell auf dem Substrat auf dem Testtisch 16 ausgebracht, um dadurch die Vorrichtung und die Viskosität der Lösung einzustellen. Der Schritt der experimentellen Ausbildung der Spritzer beinhaltet den in den 8A und 8B gezeigten Schritt, um die Lösung einzufüllen und des Weiteren einen in den 6A bis 6D gezeigten Schritt zur Ausbildung der Spritzer. Wenn die Notwendigkeit besteht, kann der Schritt zur experimentellen Ausbildung der Spritzer im Weiteren auch einen (später zu diskutierenden) Schritt zum Reinigen und Trocken des Lösungs-Speicherelements 52 beinhalten.
  • Durch das Einstellen der Viskositäten der jeweiligen Lösungen auf die oben beschriebene Weise kann der Durchmesser der Spritzer der jeweiligen Lösungen optimiert werden.
  • Nach Beendung des oben erwähnten Einstellvorgangs werden Spritzer auf den jeweils auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 fixierten Substraten ausgebildet. Zuerst wird die erste Lösung in das Lösungs-Speicherelement 52 gemäß des in 8A und 8B gezeigten Schritts und darauf folgend werden gemäß des in den 6A bis 6D gezeigten Schritts Spritzer auf all den auf dem Substrat-Platzierungsabschnitt 11 fixierten Substraten ausgebildet. Um zu vermeiden, dass die Lösung in dem Lösungs-Speicherelement 52 während der Ausbildung der Spritzer knapp wird, kann die Lösung, wenn erforderlich, in dem Lösungs-Speicherelement 52 aufgefüllt werden. In dem Fall, dass die Ausbildung der Spritzer bei Verwendung der ersten Lösung auf allen Substraten beendet ist, wird die in dem inneren Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 verbliebene Lösung von dem in 9 gezeigten Waschelement 60 heraus gewaschen und getrocknet und gleichzeitig wird der äußere Abschnitt des Lösungs- Speicherelements 52 von der Ultraschall-Reinigungs-maschine 13 und der Spülmaschine 14 gereinigt. In dem Trocknungsabschnitt 15 wird des Weiteren der äußere Abschnitt des Lösungs-Speicherelements 52 getrocknet.
  • Als Nächstes werden Spritzer mittels Verwendung der zweiten Lösung auf allen Substraten ausgebildet, worauf das Lösungs-Speicherelement 52 auf die gleiche Art und Weise gereinigt wird. Diese Schritte werden bei allen Lösungen wiederholt, um somit die Ausbildung der Spritzer mit allen Lösungen auszuführen, wodurch Mikro-Arrays auf allen Substraten hergestellt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Führungsendabschnitt der Nadel übrigens kegelförmig ausgebildet. Die Form der Nadel ist jedoch nicht darauf begrenzt, sondern kann auch andere Formen aufweisen. Obwohl das Lösungs-Speicherelement 52 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kegelförmig ausgeformt ist, kann die Form desselben beliebig ausgewählt werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform einer Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die 10A und 10b beschrieben. In der zweiten Ausführungsform ist im Übrigen in dem Führungsendabschnitt der Nadel ein Schlitz ausgebildet. In den 10A und 10B ist zu sehen, dass der Führungsendabschnitt der Nadel 151 kegelförmig ausgebildet ist. In dem Führungsendabschnitt 151a ist eine kreisförmige flache Oberfläche 151b zur Beschränkung der Deformation des Führungsendabschnitts der Nadel sowie ein sich entlang der axialen Richtung der Nadel erstreckender Schlitz 151c ausgebildet. Der Schlitz 151c ist auf eine solche Weise geöffnet, dass er das Zentrum der flachen Oberfläche 151b kreuzt.
  • In dem Fall, dass der Schlitz 151c auf diese Art ausgebildet ist, kann die Lösung in dem inneren Abschnitt des Schlitzes 151c gehalten werden, wodurch die Menge der in der Nadel 151 zu haltenden Lösung ansteigt. Deshalb ist die Ausbildung eines solchen Schlitzes 151c für den Fall, das der Spritzer einen relativ großen Durchmesser aufweist, geeignet.
  • Wie bisher beschrieben wurde, sind in der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung ein Lösungs-Speicherabschnitt zum Speichern einer Lösung darin sowie eine Nadel, die in den Lösungs-Speicherabschnitt hervorsteht, um der in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherten Lösung ein Anhaften in vorgegebener Menge auf jedem Substrat zu ermöglichen, angeordnet. Da der Lösungs-Speicherabschnitt in der Lage ist, eine große Menge an Lösung zu speichern, ist es auch in dem Fall einer aufeinander folgenden Ausbildung von Spritzern auf einer großen Anzahl an Substraten nicht notwendig, die Lösung regelmäßig aufzufüllen, wodurch eine Verkürzung der Herstellungszeit der Mikro-Arrays ermöglicht wird. Da eine große Menge an Lösung in dem Lösungs-Speicherabschnitt gespeichert werden kann, können auch das Austrocknen der Lösung und Veränderungen der Viskosität der Lösung begrenzt werden, wodurch eine beständige Ausbildung der Spritzer über einen langen Zeitraum ermöglicht wird.
  • Wenn im Vergleich zu dem Fall, in dem die simultanen Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der Nadel und des Lösungs-Speicherabschnitts und der Aufwärts- und Abwärtsbewegung von nur der Nadel nach dem Stoppen des Lösungs-Speicherabschnitts von individuellen Antriebselementen ausgeführt werden, kann in der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Anzahl der in die gesamte Vorrichtung integrierten Antriebsquellen und die Anzahl der mit den Antriebsquellen in Zusammenhang stehenden Teile reduziert werden, wodurch eine Kostensenkung der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung erreicht wird. Die Verwendung der einzelnen Antriebsquelle kann auch das Gewicht des angetriebenen Abschnitts, der von den Zuführelementen angetrieben wird, reduzieren, was den Aufbau der Mikro-Array-Herstellungsvorrichtung vereinfacht sowie deren Gewicht senkt. Deshalb kann der angetriebene Abschnitt mit einer hohen Geschwindigkeit mittels der Zuführelemente angetrieben werden, wodurch eine Verkürzung der Herstellungszeit der Mikro-Arrays eintritt.
  • Gemäß der Erfindung beinhaltet der Lösungs-Speicherabschnitt einen kegelförmigen inneren Raum. In dem Fall, dass der innere Raum des Lösungs-Speicherabschnitts kegelförmig ausgebildet ist, kann die Lösung gut aufbewahrt werden und gleichzeitig kann, wenn die Nadel aus dem Lösungs-Speicherabschnitt hervorsteht, die Menge der sich in die Nadel bewegenden Lösung genau kontrolliert werden.
  • Gemäß der Erfindung ist des Weiteren in dem Führungsende der Nadel eine flache Oberfläche ausgebildet. Aufgrund dessen kann die Deformation des Führungsendabschnitts der Nadel, wenn derselbe in Kontakt mit dem Substrat steht, begrenzt werden, wodurch ein beständiges Ausbilden von Spritzern möglich ist.
  • Gemäß der Erfindung ist des Weiteren in der Nadel ein Schlitz zum Halten der Flüssigkeit darin ausgeformt, was eine vergrößerte Menge an zu haltender Lösung ermöglicht.
  • Gemäß der Erfindung ist des Weiteren noch ein Waschelement zum Reinigen des inneren Raums des Lösungs-Speicherabschnitts vorhanden. Dies verhindert ein Verbleiben der in einem bestimmten Schritt in dem Lösungs-Speicherabschnitt gehaltenen Lösung bis zum nächsten Schritt in dem Lösungs-Speicherabschnitt. Dadurch wird ein Vermischen der verschiedenen Lösungen vermieden.

Claims (6)

  1. Micro-Array-Herstellungsvorrichtung, umfassend: einen Arbeitstisch (11), auf dem eine Vielzahl von Substraten angeordnet werden kann; einen ersten Lösungs-Speicherabschnitt (12) zum Speichern einer Lösung (53) inklusive einer Lebendkörper-Probe; Halteelemente zum Einbringen der Lösung aus dem ersten Lösungs-Speicherabschnitt, um den Spritzer der Lösung auf jedem der Substrate auszubilden; Bewegungselemente zum Stützen der Halteelemente und Bewegen der Halteelemente in Richtungen, in denen sich das Halteelement den Substraten annähert und sich von diesen zurückzieht, wodurch es den Halteelementen ermöglicht wird, den Lösungs-Spritzer auszubilden; und Zufuhrelemente zum Stützen der Bewegungselemente und Zuführen derselben in einen Bereich mit dem Arbeitstisch und dem Lösungs-Speicherabschnitt, um somit zweidimensionale Koordinaten vorzugeben; dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement aus einem zweiten Lösungs-Speicherabschnitt (52) zum Speichern der Lösung sowie einer Nadel (51), die in den zweiten Lösungs-Speicherabschnitt einführbar ist, um die in dem zweiten Lösungs-Speicherabschnitt gespeicherte Lösung in einer vorgegebenen Menge an jedem der Substrate anzuhaften, zusammengesetzt ist; das Bewegungselement einen Abstützabschnitt (31) beinhaltet, der durch den Zufuhrabschnitt zuzuführen ist, ein erstes bewegliches Element (33), das in der Lage ist, den zweiten Lösungs-Speicherabschnitt (52) daran zu befestigen und welches auf eine solche Weise befestigt ist, dass es in Bezug auf den Abstützabschnitt (31) in vorgegebenen Richtungen, in denen es sich den Substraten nähert und von diesen zurückzieht, bewegt werden kann, ein zweites bewegliches Element (34), welches in der Lage ist, die Nadel (51) daran zu befestigen und welches so befestigt ist, dass es in vorgegebenen Richtungen in Bezug auf das erste bewegliche Element (33) beweglich ist, sowie Antriebselemente (32) zum Antreiben des zweiten beweglichen Elements (34); und wobei das erste bewegliche Element (33) in Kopplung mit dem zweiten beweglichen Element (34) angetrieben wird, um durch das Antriebselement angetrieben zu werden.
  2. Micro-Array-Herstellungsvorrichtung wie in Anspruch 1 bezeichnet, wobei das Bewegungselement ein erstes Begrenzungselement (41) zur Begrenzung der Bewegung des ersten beweglichen Elements (33) in einer Richtung in Bezug auf den Abstützabschnitt (31) sowie ein zweites Begrenzungselement (42) zur Begrenzung der Bewegung des zweiten beweglichen Elements (33) in der anderen Richtung entgegengesetzt zu der einen Richtung in Bezug auf das erste bewegliche Element (33) beinhaltet.
  3. Micro-Array-Herstellungsvorrichtung wie in Anspruch 1 bezeichnet, wobei der Lösungs-Speicherabschnitt (52) einen kegelförmigen inneren Raum beinhaltet.
  4. Micro-Array-Herstellungsvorrichtung wie in Anspruch 1 bezeichnet, wobei die Nadel einen flachen Abschnitt beinhaltet, der in deren substratseitigen Führungsendabschnitt ausgebildet ist.
  5. Micro-Array-Herstellungsvorrichtung wie in Anspruch 1 bezeichnet, wobei die Nadel (51) einen Schlitz zum darin Halten der Lösung (53) beinhaltet.
  6. Micro-Array-Herstellungsvorrichtung wie in Anspruch 1 bezeichnet, des Weiteren beinhaltend Waschelemente, die eine Waschlösung in den inneren Raum des Lösungs- Speicherabschnitts ergießen, um hierdurch den inneren Raum des Lösungs-Speicherabschnitts zu reinigen.
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