專利名稱：產(chǎn)生生物聚合物場(chǎng)的過(guò)程和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生核酸，蛋白質(zhì)和/或多糖的生物聚合物場(chǎng)(陣列)的過(guò)程和設(shè)備，以便在載體或載體材料上排布樣品量的這些物質(zhì)。
為了對(duì)生物聚合物-例如核酸，蛋白質(zhì)和/或多糖-進(jìn)行高度并行分析，一般是把許多少量樣品以液滴形式的排布施加到扁平的載體或載體物質(zhì)上。對(duì)于被采用的樣品量所使用的載體是塑料膜，膜片或如顯微鏡中常用的標(biāo)本載片。在典型的分析應(yīng)用中，將數(shù)百到數(shù)千個(gè)分析點(diǎn)施加到載體上。
為了把待分析的范圍從幾皮升到幾納升極少量樣品液體施加到載體或載體材料上，例如采用噴墨打印技術(shù)。在噴墨打印技術(shù)中，待分析的樣品液體要施加的量受到相當(dāng)大的機(jī)械和/或熱應(yīng)力，這可能損壞敏感的生物聚合物。此外，在這一施加技術(shù)中，可能常常出現(xiàn)形成不希望有的氣泡，這妨礙了液滴精確的定位，以及規(guī)則排布的分析場(chǎng)。此外，常常出現(xiàn)由于所施加的液量粘滯性很不同而導(dǎo)致的缺陷。
M.Schena等人在Science 270，1995，pp.467-470中，公開(kāi)了一種基于自來(lái)水筆方法的過(guò)程。在從先有技術(shù)所知的這種解決辦法中，采用了帶有成形為針頭狀的金屬針。這些針浸入到待吸移的液體中；一些待施加的液體停留在針頭的表面；當(dāng)針頭后來(lái)下降時(shí)，該液體被轉(zhuǎn)移到待加載的載體或載體材料表面。這一技術(shù)的缺陷是受到限制的針頭形的液體容納量，如果在提取液體之后，要對(duì)大量的載體表面打點(diǎn)，以形成每一個(gè)有相同的圖形的待分析的各個(gè)陣列。
如果在金屬針頭上提供槽或開(kāi)口浸入到樣品容器中以便增加待施加的液體容納量，但它們具有更難于且不便于清洗的缺陷。然而，如果每當(dāng)金屬針頭浸入到帶有新類型樣品的容器中，而以前施加的基片殘留物仍然附著在尖端上，則為了避免樣品物質(zhì)的污染清洗是非常重要的，以使得基片上新的樣品點(diǎn)不再包含來(lái)自先前轉(zhuǎn)移點(diǎn)的物質(zhì)。
就已指出的先有技術(shù)所知道的解決方法缺陷而言，本發(fā)明的目的是要使用簡(jiǎn)單的裝置，廉價(jià)而可靠地排布待分析的生物聚合物場(chǎng)或陣列。
這一目的是根據(jù)本發(fā)明在一種過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，該過(guò)程用于在載體基片上產(chǎn)生生物聚合物區(qū)域，其中待施加的生物聚合物要從一個(gè)或多個(gè)樣品原料中取得，能夠作多維運(yùn)動(dòng)的毛細(xì)管的毛細(xì)管尖端，用于向基片表面轉(zhuǎn)移極少液量，通過(guò)用于填充的一種微型閥并通過(guò)用于沖洗的另一微型閥被尋址。
具體來(lái)說(shuō)，可以看到這一解決方法的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明所提出的該過(guò)程，允許以簡(jiǎn)單的方式使用單個(gè)毛細(xì)管填充加載多個(gè)載物板。為了避免樣品污染，對(duì)毛細(xì)管的兩次清洗操作已經(jīng)證明實(shí)際上足以排除樣品原料和被轉(zhuǎn)移的樣品的交叉污染。另一方面，每當(dāng)提取樣品量原料能夠通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立可尋址的微型閥按所需的次數(shù)反復(fù)清洗毛細(xì)管。
在本發(fā)明所基于的過(guò)程的進(jìn)一步的實(shí)施例中，多個(gè)毛細(xì)管能夠連接到微型閥。這使得能夠向基片或基片材料表面并行施加多個(gè)極少量液體。
如果在彼此相隔定一距離容器皿采用多個(gè)毛細(xì)管，則能夠通過(guò)多載體面的并行處理同時(shí)施加大量的待分析的液體樣品。
根據(jù)本發(fā)明所基于的思想更為有利的考慮，能夠這樣彼此排布多個(gè)毛細(xì)管，使得它們彼此的間隔對(duì)應(yīng)于生物聚合物質(zhì)的兩個(gè)樣品量被施加到載體基片表面的間隔。
待分析的極小液體量在基片載體表面上排布得越規(guī)則，能夠?qū)λ┘拥囊后w樣品進(jìn)行越精確的鑒定，并且后繼的分析方法能夠越容易自動(dòng)化。
在根據(jù)本發(fā)明提出的過(guò)程的一優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管能夠在X-或Y-方向移動(dòng)，此外能夠在Z-方向進(jìn)行浸入運(yùn)動(dòng)以容納來(lái)自基片容器的液體原料。各毛細(xì)管在三個(gè)坐標(biāo)方向可尋址性使得能夠最大程度利用分析板上的空間。對(duì)于向各載體表面施加待分析的極小液量的一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管的尋址和可移動(dòng)性，最好采用可在X-方向和Y-方向移動(dòng)的市售計(jì)算機(jī)支持的繪圖儀。通過(guò)借助于個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)市售的繪圖儀的尋址，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管的廉價(jià)的可移動(dòng)性及可靠的可尋址性。
利用市售的繪圖儀能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管在X-方向和Y-方向的可移動(dòng)性，除此之外也可替代采用計(jì)算機(jī)支持的定位工作臺(tái)。
根據(jù)本發(fā)明，還提出了用于在載體基片上產(chǎn)生生物聚合物場(chǎng)的設(shè)備，其中待施加的生物聚合物能夠取自一個(gè)或多個(gè)不同的樣品原料，其中通過(guò)用于填充的微型閥并通過(guò)用于清洗毛細(xì)管的微型閥，在數(shù)個(gè)方向移動(dòng)用于向基片表面轉(zhuǎn)移極少液量的毛細(xì)管玻璃尖端能夠被尋址。在根據(jù)本發(fā)明提出的用于產(chǎn)生生物聚合物場(chǎng)的設(shè)備的另一實(shí)施例中，毛細(xì)管尖端在其末端被拉成適合于外徑范圍在10μm到1000μm之間的非常少的液量。在一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，毛細(xì)管尖端設(shè)計(jì)為在末端分別適合于外徑從50μm到300μm之間的非常少的液量。
一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管的尋址能夠借助于計(jì)算機(jī)支持的繪圖儀進(jìn)行，這種繪圖儀產(chǎn)生毛細(xì)管分別在X-方向和Y-方向的運(yùn)動(dòng)，以及毛細(xì)管與容納在其中的液體原料在Z-方向的的浸入運(yùn)動(dòng)，以便向載體或載體材料表面施加極少液量。在根據(jù)本發(fā)明提出一個(gè)實(shí)施例中裝設(shè)在通向毛細(xì)管管線系統(tǒng)中的微型閥能夠設(shè)計(jì)為阻塞管路閥。其中能夠特別這樣裝設(shè)，使得柔性管管線由固定的阻擋支持，與固定阻擋相對(duì)裝設(shè)柔性的阻擋，借助于這種固定阻擋能夠封閉柔性管管線的截面。柔性管線的原來(lái)的截面由于管路材料的彈性可自動(dòng)恢復(fù)。
以下參照僅包含一個(gè)圖的附圖更為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
單個(gè)的圖示示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明提出的過(guò)程的設(shè)備，其中毛細(xì)管與毛細(xì)管尖端一同能夠在三個(gè)方向移動(dòng)。
單個(gè)的附圖中的描繪示出毛細(xì)管2，它最好由玻璃構(gòu)成，該毛細(xì)管用于容納待吸移的生物聚合物溶液。它被浸入到樣品量容器3，又稱為微滴定板井。例如設(shè)計(jì)為阻塞管路閥的第一微型閥5的通向大氣6的開(kāi)口，使得與大氣6等壓，于是由于毛細(xì)的作用樣品量原料13通過(guò)毛細(xì)管尖端1上升進(jìn)入毛細(xì)管2的內(nèi)部。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，毛細(xì)管2由玻璃構(gòu)成，而毛細(xì)管尖端的外徑范圍是從10μm到1000μm；在根據(jù)本發(fā)明提出的毛細(xì)管的一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，毛細(xì)管尖端的外徑范圍是從50μm到300μm。為了提取待施加到載體材料4表面14的生物聚合物溶液，毛細(xì)管2的毛細(xì)管尖端1浸入到容器3中存在的的溶液中。例如溶液可以位于微滴定板的井3中，這種井能夠容納96或384或甚至1536個(gè)體樣品。在毛細(xì)管尖端1浸入溶液期間，控制氣流送入毛細(xì)管2的閥7起初保持封閉。反之，由T-形件11處的饋送柔性管19連接到毛細(xì)管2的閥5被打開(kāi)，并這樣引起與周圍大氣6等壓。由于出現(xiàn)的毛細(xì)力，液體原料13從這時(shí)毛細(xì)管尖端浸入在其中的微滴定板的井3移動(dòng)進(jìn)入毛細(xì)管2內(nèi)部。
然后毛細(xì)管尖端1從呈現(xiàn)的溶液移除，接下來(lái)在定位在載體4表面14上的X-和Y-方向上移動(dòng)，然后各待分析的液體樣品按生物聚合物圖形15施加到該表面上，同時(shí)保持彼此精確定義的間隔16。在方向12(Z-方向)降低毛細(xì)管尖端1到載體4表面14，第一閥5的設(shè)置和第二閥7的設(shè)置不變。借助于引起毛細(xì)管2在X-方向，Y-方向和Z-方向移動(dòng)的尋址裝置20，仍然是以涉及市售繪圖儀的非常簡(jiǎn)單和廉價(jià)的方式，毛細(xì)管尖端1能夠向上離開(kāi)載體材料4的表面14，生物聚合物溶液的小點(diǎn)留在載體材料4的表面14上。通過(guò)以示例方式所采用的繪圖儀適當(dāng)?shù)膶ぶ?0，毛細(xì)管2與在其中被提取的液體原料13一同在X-和Y-方向的運(yùn)動(dòng)能夠根據(jù)繪圖儀的尋址進(jìn)行，于是能夠?qū)罄^的進(jìn)一步的載體材料4的載體面14以相同的方式提供生物聚合物點(diǎn)。生物聚合物點(diǎn)最好按規(guī)則的圖形15施加，該生物聚合物圖形最好這樣區(qū)分，使得各個(gè)樣品點(diǎn)彼此有均勻的間隔16。
在提取新的樣品之前，即浸入新的呈現(xiàn)皿3之前，毛細(xì)管尖端1必須被徹底清洗，以避免樣品污染。為此，毛細(xì)管尖端1起初移動(dòng)到廢料皿9上方；連接到大氣6的第一閥5這時(shí)關(guān)閉，并最好是過(guò)濾的空氣或氮?dú)獾臍饬鳎?jīng)過(guò)第二微型閥7通過(guò)柔性饋送管線19導(dǎo)入毛細(xì)管2的內(nèi)部。
然后為了徹底的沖洗，毛細(xì)管尖端1移動(dòng)到清洗皿10的上方，這時(shí)在關(guān)閉第二微型閥7即氣閥，并打開(kāi)第一微型閥5，即外部空氣閥之后，毛細(xì)管尖端1下降進(jìn)入到清洗液。由于形成的毛細(xì)力的作用，這時(shí)清洗液流入毛細(xì)管2的內(nèi)部。毛細(xì)管2的毛細(xì)管尖端1然后再次移動(dòng)到廢料皿9上方，并通過(guò)打開(kāi)第二微型閥7并關(guān)閉通向大氣6的第一微型閥5，使清洗液噴出。另外，如果保證在清洗皿10中的清洗液不斷被更換，例如借助于連續(xù)的泵送，則這也可以進(jìn)入設(shè)置在浸入狀態(tài)清洗液中進(jìn)行。為此，清洗皿10能夠配置一個(gè)用于清洗液的泵回路17，其中最初新鮮未使用過(guò)的清洗液能夠饋送到清洗皿10，而然后已經(jīng)使用過(guò)的清洗液或沉積的顆粒連續(xù)不斷地在清洗皿的底部被清除。
清洗液從毛細(xì)管2的內(nèi)部的提取和噴射，能夠按所需的頻度通過(guò)兩個(gè)微型閥5和7對(duì)應(yīng)的激勵(lì)進(jìn)行(這些閥最好設(shè)計(jì)為阻塞管路閥)，直到毛細(xì)管內(nèi)部及其外部已經(jīng)充分清潔為止，并然后能夠繼續(xù)進(jìn)行向待加載的載體基片4的上側(cè)14施加生物聚合物陣列。對(duì)

圖1中所示的設(shè)備的結(jié)構(gòu)參照示例性實(shí)施例更為詳細(xì)地說(shuō)明。用于兩個(gè)微型阻塞管路閥的小支架，夾持在可在X-和Y-方向移動(dòng)的市售的繪圖儀的滑架上(例如ROLAND DXY1150A)。外部直徑大約為200μm的尖端1從外徑1.0mm，內(nèi)徑0.8mm的玻璃微吸移管2在氣體火焰中拉制出，這種毛細(xì)管例如是出自Hilgenberg的硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管。玻璃吸移管2的外徑(1mm)以平齊(flush)的方式但要有足夠小的間隙適配進(jìn)入1.5×100注射器的不銹鋼套管。這一套管能夠以簡(jiǎn)單的方式作為導(dǎo)向件安裝到可在X-和Y-方向移動(dòng)的市售的繪圖儀的彈簧夾上。玻璃微吸移管2在這一導(dǎo)向套管中能夠易于在垂直方向移動(dòng)，且不會(huì)被柔性管19下壓。另外，這一力可由一小彈簧支撐。
調(diào)節(jié)毛細(xì)管2的導(dǎo)向件，借助通過(guò)市售的PC尋址的繪圖儀上的命令“提筆”和“落筆”，能夠上下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)裝設(shè)在從閥5，7到柔性管19的饋送管線中的T-形連接器11形成到毛細(xì)管2的連接。
已經(jīng)令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，除了呈現(xiàn)微滴定板之外，這種結(jié)構(gòu)能夠使盡可能多的能夠適配在所使用的繪圖儀DIN A3工作區(qū)上的載體板4，借助于毛細(xì)管2內(nèi)部單次填充以液體原料13被加載。在帶有核酸生物聚合物圖形15的載體4的生產(chǎn)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以0.5％TWEEN-80溶液進(jìn)行的兩個(gè)清洗步驟，通常完全足以排除在實(shí)際中有不良作用的樣品污染。必須保證，當(dāng)以清洗液清洗毛細(xì)管尖端1里側(cè)浸濕的玻璃毛細(xì)管2時(shí)，清洗液能夠從玻璃毛細(xì)管內(nèi)部再次通過(guò)被施加的通過(guò)第二微閥7可控制的氣流被噴出。通過(guò)使玻璃毛細(xì)管尖端1浸入到包含清洗液的器皿，保證了毛細(xì)管尖端1的外部也與清洗液接觸，并這樣每次都清除掉先前分析的樣品殘余。在毛細(xì)管2的浸入狀態(tài)吹出清洗液時(shí)，觀察到由于在清洗液中氣泡的形成，在這一操作期間借助于在毛細(xì)管2處上升的氣泡，毛細(xì)管2的毛細(xì)管外側(cè)也被徹底清洗。
與迄今傳統(tǒng)的加載結(jié)構(gòu)相比，所提出的結(jié)構(gòu)擁有明顯的經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。一方面，非常精確地購(gòu)買的市售的毛細(xì)管2的可得性與精確地研磨并特別成形的金屬針的生產(chǎn)相比起到很大作用，且另一方面，X/Y繪圖儀作為自動(dòng)可尋址定位工作臺(tái)能夠非常廉價(jià)地購(gòu)買到，結(jié)合到根據(jù)本發(fā)明提出的系統(tǒng)中，用于在載體表面生產(chǎn)生物聚合物陣列。
標(biāo)號(hào)列表1 毛細(xì)管尖端2 毛細(xì)管3 基片容器4 載體5 第一微型閥6 大氣7 第二微型閥8 氣流供給管線9 廢料皿10 清洗皿11 T-形連接器12 毛細(xì)管2的Z-方向運(yùn)動(dòng)13 提取樣品14 載體面
15 生物聚合物圖形16 間隔17.1 清洗液饋送17.2 清洗液饋出口18 清洗液水平面19 柔性饋送管線20 尋址裝置X-方向Y-方向Z-方向(施加方向)
權(quán)利要求
1.一種用于在載體基片(4)表面(14)上產(chǎn)生生物聚合物場(chǎng)(15)的過(guò)程，其中待施加的生物聚合物從一個(gè)或多個(gè)不同的樣品原料(3)取得，其中能夠作多維運(yùn)動(dòng)的毛細(xì)管(2)的毛細(xì)管尖端(1)，用于向基片表面(14)轉(zhuǎn)移極小液量，通過(guò)用于填充的一個(gè)微型閥(5)以及用于沖洗毛細(xì)管(2)的一微型閥(7)被尋址。
2.權(quán)利要求1中所述的過(guò)程，其中多個(gè)毛細(xì)管(2)連接到微型閥(5)，(7)。
3.權(quán)利要求2中所述的過(guò)程，其中多個(gè)毛細(xì)管(2)彼此并行地被操作。
4.權(quán)利要求2中所述的過(guò)程，其中多個(gè)毛細(xì)管(2)排布的彼此間隔對(duì)應(yīng)于呈現(xiàn)板上原料器皿(3)彼此的間隔。
5.權(quán)利要求1和/或2中所述的過(guò)程，其中一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管(2)能夠在X-方向和Y-方向運(yùn)動(dòng)，并在Z-方向執(zhí)行浸入運(yùn)動(dòng)(12)，以便從樣品容器(3)提取液體原料(13)。
6.權(quán)利要求1和/或2中所述的過(guò)程，其中采用市售的計(jì)算機(jī)-支持的繪圖儀使一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管(2)在X-方向和Y-方向運(yùn)動(dòng)。
7.權(quán)利要求1和/或2中所述的過(guò)程，其中采用計(jì)算機(jī)-支持的定位工作臺(tái)使一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管(2)在X-方向或Y-方向運(yùn)動(dòng)。
8.一種用于在載體基片(4)表面(14)上產(chǎn)生生物聚合物場(chǎng)(15)的設(shè)備，其中待施加的生物聚合物從一個(gè)或多個(gè)不同的樣品原料(3)中取得，其中能夠作多維運(yùn)動(dòng)帶有毛細(xì)管尖端(1)的玻璃毛細(xì)管(2)，用于向基片表面(14)轉(zhuǎn)移極小液量，通過(guò)用于填充的第一微型閥(5)并通過(guò)用于沖洗毛細(xì)管(2)的微型閥(7)被尋址。
9.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其中毛細(xì)管尖端(1)已拉制為在提取液體的末端的外徑范圍是從10μm到1000μm。
10.如權(quán)利要求9中所述的設(shè)備，其中毛細(xì)管尖端(1)在提取液體的末端的外徑是從50μm到300μm。
11.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其中通過(guò)計(jì)算機(jī)支持的引起毛細(xì)管(2)在X-方向和/或Y-方向運(yùn)動(dòng)的X/Y繪圖儀，實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管(2)的尋址。
12.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其中微型閥(5)，(7)為阻塞管路閥的形式。
13.如權(quán)利要求12中所述的設(shè)備，其中阻塞管路閥(5)，(7)設(shè)計(jì)為圍繞柔性饋送管線(19)通向玻璃毛細(xì)管(2)的阻擋，這些阻擋之一相對(duì)于柔性管線(19)被固定，且它們的另一個(gè)相對(duì)于固定阻擋可移動(dòng)，用于使截面變窄以便在柔性管線(19)中實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在載體基片(4)，(14)上產(chǎn)生生物聚合物場(chǎng)(15)的過(guò)程和設(shè)備，其中待施加的生物聚合物從一個(gè)或多個(gè)不同的生物聚合物原料取得?？啥嗑S運(yùn)動(dòng)的毛細(xì)管(2)的毛細(xì)管尖端(1)，用于向基片表面(14)轉(zhuǎn)移極小液量，通過(guò)用于填充的一個(gè)微型閥(5)以及用于沖洗毛細(xì)管(2)的一微型閥(7)被尋址。
文檔編號(hào)B01J19/00GK1422175SQ01807794
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月6日
發(fā)明者H·艾佩爾, S·馬蒂西亞卡 申請(qǐng)人:巴斯福股份公司, 德國(guó)癌癥研究中心