CN1417585A - 生物芯片制造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物芯片制造装置及方法，其中生物芯片制造装置是用以将基材制造成芯片，包括运送装置和排成一系列的复数个喷洒器；运送装置用以移动基材经过排成一系列的复数个接收位置，喷洒器位于相对于接收位置而排成一系列的复数个喷洒位置，其中每一喷洒器具有复数个喷嘴，且每一喷嘴喷洒即定的试剂在基材的即定位置上；当基材位于接收位置中的一位置时，在喷洒器中对应的喷洒器喷洒排成一阵列的复数个试剂在基材上；生物芯片制造方法用以将基材制造成芯片，包括下列步骤：在运送装置上接收基材；运送基材经过对应于排成一系列的复数个喷洒位置的排成一系列的复数个接收位置；以及在每一喷洒位置喷洒排成一阵列的复数个试剂至基材上。

Description

生物芯片制造装置及方法

技术领域

本发明系有关于一种生物芯片制造装置及方法，特别是有关于一种可大量生产在其上形成有高密度数组的试剂之生物芯片的制造装置及方法。

背景技术

在化学、医药、生化、材料等领域，经常需要平行进行大量的筛选检测或化学、生化反应，例如组合化学(combinatorial chemistry)必须使用多种单体合成多样的化学品以供新药筛选或新材料开发；例如，基因芯片(biochip、DNA chip、cDNA chip)或蛋白质芯片(protein chip)在平面上布置成千上万的探针(probe)用以分析检验；例如，在高速筛选(highthroughput screening)中，必须将不同的试剂加到多孔盘(micro plate)中，进行生化检测。在这些应用中，有一个共通点就是将多样性的试剂，传输到特定方式排列的位置，以进行后续的反应或分析。

目前已有手工的或机械式的点阵机(robot arrayer)，其喷液的机理为压电式喷液形式、热泡式喷液形式或缝隙式(slit)喷液形式，或以接触沾点的方式将试剂转移到固体表面，作为传输多样化试剂的用途。

图1显示了在美国专利第6001309号中公开的一种公知喷洒系统的简图。在图1中，储存子系统300以复数个架(rack)的方式显示，在架中的每一柜(bin)包含复数个盘302。主控制器304控制整个系统，在计算机的信号下，从储存区域300搬送一个或多个盘302至下一站306。在站306时，机械手臂308在子系统控制器309的控制下，利用微管(micropiette tips)310从盘302搬送微量的液体至位于由子系统控制器315控制下的维持充填站上的一个或多个喷头(jet)312。为了再利用喷射装置，维持充填站设有维持盖316，保持器318位于传输杆320上的喷射装置312上，借此喷射装置312在子系统控制器323的控制下移动至测试站322。如果喷射装置312通过测试站，其借由传输杆320被移动至喷射位置334，且由传输杆320和保持器318被移动至基板336之上。在此喷射装置可开始喷洒液滴而得到想要的排列。

参考图2a和图2b，美国专利第6063339号公开了另一种公知的喷洒装置108，喷洒装置108一般包括喷洒头128，其具有由一制动器操作的喷洒装置204。喷洒头108安装在X-Y桌110上，其包括位置步进马达123、124，其可移动喷洒头128和桌112。泵120与经由第一单向止回阀145与流体储槽116连结，其从储槽116抽引流体，且将其经由一第二止回阀145而供给至喷洒头128。泵驱动器142操作泵120，使其在壳体362内延长和收缩活塞118。当活塞118延长时，试剂130从壳体362流至喷洒头128，且以液滴形式从喷洒头128排至基材111上。控制器114控制泵120、X-Y桌110、喷洒头128。

图2b显示基材111的简图。基材111被分为列714和行716，其在一既定距离下有一定数量的目标706。沿着第一列形成第一路径730，接着将喷洒头128转向，而沿着邻近的第二列形成第二路径734。

因为化学和生物分析为快速成长的领域，需要大量生产生物芯片。然而，因为在美国专利第6001309号中公开的系统只设有一喷洒装置，其一次仅可驱动一喷洒器。因此，生物芯片的制造效率非常低。

相似地，在美国专利第6063339号中公开的方法中，因为在桌上只放置一基材，也即，一次仅可制造一生物芯片。因此，此方法也不适用于大量生产。

另外，公知的装置速度慢且使用不方便，相对成本高，并不适于大量生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物芯片制造装置及方法，其可大量生产其上形成有高密度数组的试剂之生物芯片，以克服现有技术中所存在的上述问题。

本发明的另一目的在于提供一种生物芯片制造装置及方法，其可增加制造生物芯片的效率。

本发明的上述目的是这样实现的：一种生物芯片制造装置，用以将至少一基材制造成至少一芯片，包括：用以移动基材经过排成一系列的复数个接收位置的运送装置；复数个喷洒器，以一系列的方式排列，位于相对于接收位置而排成一系列的复数个喷洒位置，其中每一喷洒器具有复数个喷嘴，且每一喷嘴喷洒一既定的试剂在基材的一既定位置上；其中当基材位于接收位置中的一位置时，在喷洒器中对应的喷洒器喷洒排成一阵列的复数个试剂在基材上。

在一较佳实施例中，喷洒器在由基材动作方向定义的第一轴上，以一既定距离分离，且运送装置以步进方式、每次移动基材既定距离；各喷洒器以使从不同喷洒器喷洒的试剂在基材上不彼此重叠的方式排列，且运送装置包括：用以接收和支持基材的基底；以及分别设置在基底上的复数个传输装置，用以从喷洒位置中的其中一个移动基材至喷洒位置中的下一个。

另外，运送装置还进一步包括：分别设置在基底上的复数个定位装置，其与喷洒位置对应；以及分别设置在基底上的复数个抵接件，其与定位装置对应；其中每一定位装置推基材至对应于喷洒位置的一既定位置，且抵接件将基材保持在既定位置。

另外，基底设有沟槽，且每一传输装置包括：以可旋转的方式设置在基底上的凸轮；以及以可穿过沟槽的方式移动基材的杆，其中杆的一端连接凸轮，且其另一端与基材抵接，借此杆借由凸轮的旋转而移动基材。

在另一较佳实施例中，运送装置包括：用以接收和支持基材的复数个夹具；用以在其上放置夹具的基底；分别设置在基底上的复数个传输装置，用以从喷洒位置中的其中一个移动夹具至喷洒位置中的下一个；分别设置在基底上的复数个定位装置，其与喷洒位置对应；以及分别设置在基底上的复数个抵接件，其与定位装置对应；其中每一定位装置推夹具至对应于喷洒位置的既定位置，且抵接件将夹具保持在既定位置。

另外，基底设有沟槽，且每一传输装置包括：以可旋转的方式设置在基底上的凸轮；以及以可穿过沟槽的方式移动夹具的杆，其中杆的一端连接凸轮，且其另一端与夹具抵接，借此杆借由凸轮的旋转而移动夹具。

在另一较佳实施例中，生物芯片制造装置进一步包括：与运送装置电性连接的步进马达，用以移动运送装置既定距离；以及用以探测基材位置的至少一传感器，其与步进马达电性连接，借此沿着运送装置移动的基材的动作是依据传感器的探测。

另外，运送装置包括：用以在其上接收和支撑基材的运送带；以及与步进马达电性连接的两滚轮，其用以移动运送带；其中喷洒器在第一轴上以既定距离分成复数群，且喷洒器的每一群在与第一轴垂直的第二轴上移动。

在另一较佳实施例中，运送装置包括：与步进马达电性连接的转子；以及设置在转子上的平台，其用以在其上放置基材；其中平台为圆形，且喷洒器以环状设置。

另外在本发明中，提供一种生物芯片制造方法，用以将至少一基材制造成至少一芯片，包括：在运送装置上接收基材；运送基材经过对应于排成一系列的复数个喷洒位置而排成一系列的复数个接收位置；以及在每一喷洒位置喷洒排成一阵列的复数个试剂至基材上。

另外，接收位置为线性排列或以环状排列。

另外，试剂彼此不相互重叠。

另外，复数个基材同时在运送装置上被接收，每一基材被以步进方式、运送经过各接收位置。

下面，结合具体实施例及其附图，对本发明的生物芯片制造装置及方法作进一步详细说明。

附图说明

图1显示了美国专利第6001309号中公开的公知喷洒系统的示意图；

图2a显示了美国专利第6063339号中公开的另一公知喷洒装置的示意图；

图2b显示了利用图2a所示的喷洒装置喷洒试剂在基材上的简图；

图3a显示了本发明生物芯片制造装置的第一实施例的示意图；

图3b显示了图3a中的部分A的放大图；

图3c显示了本发明的喷洒器的底视图；

图4a～4d显示了根据本发明的生物芯片制造方法而在基材上喷洒试剂的连续图；

图5显示了本发明生物芯片制造装置的第二实施例的示意图；

图6显示了本发明生物芯片制造装置的第三实施例的示意图；

图7a显示了本发明生物芯片制造装置的第四实施例的示意图；

图7b显示了图7a中的部分B的放大图。

具体实施方式

第一实施例

参考图3a、图3b、图3c，本发明第一实施例的生物芯片制造装置400可用以将基材430制造成芯片440，其包括一运送装置410以及复数个喷洒器420。

运送装置410用以移动基材430经过排成一系列的复数个接收位置，其包括一基底411、复数个传输装置412、复数个定位装置413以及复数个抵接件414。

基底411用以接收和支持基材430，且设有一沟槽4111；每一传输装置412分别对应于一喷洒器420，且均设置在基底411上，传输装置412分别包括一凸轮4121以及一杆4122，每一凸轮4121以可旋转的方式设置在基底411上；杆4122以可穿过沟槽4111的方式移动基材430，其中杆4122的一端连接凸轮4121，且其另一端与基材430抵接，杆4122借由凸轮4121的旋转而沿着在由基材430动作方向定义的第一轴X、从对应于一喷洒器420之下的一位置移动基材430至对应于相邻喷洒器420之下的另一位置。

定位装置413分别设置在基底411上，且分别对应于一喷洒器420，用以推在基底411上的基材430至一既定位置；每三个抵接件414对应于一定位装置413，其分别设置在基底411上，用以与基材430抵接，而与定位装置413合作将基材430保持在既定位置。

喷洒器420以一系列的方式排列，且分别位于运送装置410之上，且在第一轴X上、以一既定距离G分离，运送装置410以步进方式、每次移动基材430既定距离G，使基材430可连续地位于每一喷洒器420之下。每一喷洒器420在面对放置基材430的基底411的表面上，具有复数个喷嘴421，如图3c所示，每一喷嘴421可喷洒一既定的试剂在基材430的一既定位置上，因此一喷洒器420可喷洒排成一阵列的复数个试剂在基材430的不同位置上。应注意的是使从不同喷洒器420喷洒的试剂在基材430上的位置彼此不重叠是较为理想的，如图4a～图4d所示。在图4a中，由第一喷洒器喷洒出的复数个试剂以「1」表示，而在图4b和图4c中，由接续的第二和第三喷洒器喷洒出的复数个试剂分别以「2」、「3」表示。图4d显示利用九个喷洒器所完成的芯片的一实施例。

复数个基材430可同时在运送装置410的基底411上被接收且依次运送，每一基材430由运送装置410以步进方式、每次运送距离G，而依序经过每一喷洒器420之下。在每一喷洒器420之下，复数个试剂被喷洒在基材430上。

另外，生物芯片制造装置400还包括机械手臂450a、450b、复数个探测装置460和一控制器470。机械手臂450a可将基材430搬送至运送装置410上，机械手臂450b可将芯片440从运送装置410上搬离；探测装置460以一系列的方式排列，且分别对应于喷洒器420，用以探测基材430是否位于对应的喷洒器420之下，且将探测结果以信号输出至控制器470；控制器470基于探测装置460的探测结果，控制喷洒器420的喷洒。

因为可同时处理复数个基材，因此本实施例的装置可大量生产生物芯片，借此可大幅提高生物芯片的制造效率。

应注意的是本发明中的制造方法的描述，是以具有喷洒器的制造装置来说明，因此，在本发明中，试剂是以喷洒的方式在基材上形成。然而，本发明的制造方法并不限于此，例如，试剂也可以接触的方式在基材上形成，如以接触沾点的方式将试剂转移到固体表面(pin-spot)。

第二实施例

参考图5，本发明第二实施例的生物芯片制造装置500可用以将基材530制造成芯片560，其包括一运送装置510、复数个喷洒器520、一步进马达550、复数个传感器540以及复数个驱动装置570。

运送装置510包括一运送带511以及两滚轮512，运送带511用以在其上接收和支撑至少一基材530；滚轮512与步进马达550电性连接，其用以沿一第一轴X移动运送带511。

在本实施例中，喷洒器520在第一轴X上以既定距离G分成复数群521，且每一群包括复数个喷洒器520，其分别与一驱动装置570电性连接，而可在与第一轴X垂直的第二轴Y上移动。

步进马达550与运送装置510的滚轮512电性连接，用以移动运送装置510的运送带511既定距离G；传感器540与步进马达550电性连接，可用以探测基材530位置，且将基材530停止在对应于一群的喷洒器520的下方。在任一场合中，基材530是以步进方式沿着第一轴X前进，且使每一基材530可依序位于每一群521的各喷洒器之下。

当基材530位于一群的喷洒器521之下时，驱动装置570沿着第二轴Y，以步进方式移动此群喷洒器521，使各喷洒器可依序位于基材530之上。当喷洒器520位于基材530上方时，排成一数组的复数个试剂可被喷洒于基材530上。

复数个基材530可同时在运送装置510上被接收且依次运送，每一基材530由运送装置510以步进方式、每次运送距离G，而依序经过每一群喷洒器521之下。在每一群喷洒器521之下，复数个试剂被喷洒在基材530上。

因为可同时处理复数个基材，因此本实施例的装置可大量生产生物芯片，借此可大幅提高生物芯片的制造效率。

应了解的是机械手臂可被用以将基材搬送至运送装置上、或将芯片从运送装置上搬离，而传感器540可将探测结果以信号输出至控制器(未图示)，且控制器基于传感器540的探测结果，控制喷洒器520的喷洒。

第三实施例

参考图6，本发明第三实施例的生物芯片制造装置600可用以将基材630制造成芯片650，其包括一运送装置610、复数个喷洒器620、一步进马达660以及复数个传感器640。

运送装置610包括一转子611和一平台612，转子611与步进马达660电性连接，以由步进马达660的制动转动平台612；平台612设置在转子611上，其用以在其上放置基材630；平台612为圆形，且喷洒器620以环状设置，并以既定距离G分开。运送装置610旋转每一基材630，使基材630以步进方式、并沿着弧形移动既定距离G，以在制造芯片时，使基材630可位于每一喷洒器620之下。当基材630位于喷洒器620下方时，排成一数组的复数个试剂可被喷洒于基材630上。

复数个基材630可同时在运送装置610上被接收且依次运送，每一基材630由运送装置610以步进方式、每次运送距离G，而依序经过每一喷洒器620之下。在每一喷洒器620之下，复数个试剂被喷洒在基材630上。因为可同时处理复数个基材，本实施例的装置可大量生产生物芯片，借此可大幅提高生物芯片的制造效率。

应了解的是机械手臂可被用以将基材搬送至运送装置上、或将芯片从运送装置上搬离，而传感器640可将探测结果以信号输出至控制器(未图示)，且控制器基于传感器640的探测结果，控制喷洒器620的喷洒。

第四实施例

参考图7a、图7b，本发明第四实施例的生物芯片制造装置700可用以将基材730制造成芯片740，其包括一运送装置710以及复数个喷洒器720。

运送装置710包括一基底711、复数个传输装置712、复数个定位装置713、复数个抵接件714以及复数个夹具715。基底711用以接收和支持夹具715，且设有一沟槽7111；每一传输装置712分别对应于一喷洒器720，且分别包括一凸轮7121以及一杆7122，每一凸轮7121以可旋转的方式设置在基底711上；杆7122以可穿过沟槽7111的方式移动夹具715，其中杆7122的一端连接凸轮7121，且其另一端与夹具715抵接，杆7122借由凸轮7121的旋转而沿着第一轴X、从对应于一喷洒器720之下的一位置移动夹具715至对应于相邻喷洒器720之下的另一位置。

定位装置713分别设置在基底711上，且分别对应于一喷洒器720，用以推在基底711上的夹具715至一既定位置；每三个抵接件714对应于一定位装置713，其分别设置在基底711上，用以与夹具715抵接，而与定位装置713合作将夹具715保持在既定位置。夹具715设置在基底711上，用以接收和支持基材730。

喷洒器720以一系列的方式排列，且位于运送装置710之上，且在第一轴X上、以一既定距离G分离，运送装置710以步进方式、每次移动夹具715既定距离G，使设置在夹具715上的基材730可连续地位于每一喷洒器720之下。每一喷洒器720在面对放置基材730的夹具715的表面上，具有复数个喷嘴(未图示，与第一实施例相同)，每一喷嘴可喷洒一既定的试剂在基材730的一既定位置上，因此一喷洒器720可喷洒排成一阵列的复数个试剂在基材730的不同位置上。应注意的是使从不同喷洒器720喷洒的试剂在基材730上的位置彼此不重叠是较为理想的。

复数个基材730可同时在运送装置710的夹具715上被接收且依次运送，每一基材730由运送装置710以步进方式、每次运送距离G，而依序经过每一喷洒器720之下。在每一喷洒器720之下，复数个试剂被喷洒在基材730上。

另外，生物芯片制造装置700还包括机械手臂750a、750b、复数个探测装置760和一控制器770。机械手臂750a可将装载有基材730的夹具715搬送至运送装置710上，机械手臂750b可将装载有芯片740的夹具715从运送装置710上搬离；探测装置760以一系列的方式排列，分别对应于喷洒器720，用以探测装载有基材730的夹具715是否位于对应的喷洒器720之下，且将探测结果以信号输出至控制器770；控制器770基于探测装置760的探测结果，控制喷洒器720的喷洒。

因为可同时处理复数个基材，因此本实施例的装置可大量生产生物芯片，借此可大幅提高生物芯片的制造效率。

另外，因为在本实施例中，基材是由夹具支持，可防止基材在运送中遭受损坏。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作适当的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所确定的范围为准。

Claims (24)

1、一种生物芯片制造装置，用以将至少一基材制造成至少一芯片，其特征在于，包括：

一运送装置，用以移动该基材经过复数个排成一系列的接收位置；

复数个喷洒器，以一系列的方式排列，位于相对于所述接收位置而排成一系列的复数个喷洒位置，其中每一所述喷洒器具有复数个喷嘴，且每一所述喷嘴喷洒一既定的试剂在该基材的一既定位置上；

其中当该基材位于所述接收位置中的一位置时，在所述喷洒器中对应的喷洒器喷洒排成一阵列的复数个试剂在该基材上。

2、如权利要求1所述的生物芯片制造装置，其特征在于，所述喷洒器在由该基材动作方向定义的第一轴上，以一既定距离分离，且该运送装置以步进方式、每次移动该基材该既定距离。

3、如权利要求2所述的生物芯片制造装置，其特征在于，所述喷洒器以使从不同喷洒器喷洒的试剂在基材上不彼此重叠的方式排列。

4、如权利要求3所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该运送装置包括：

一基底，用以接收和支持该基材；以及

复数个传输装置，分别设置在该基底上，用以从所述喷洒位置中的其中一个移动该基材至所述喷洒位置中的下一个。

5、如权利要求4所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该运送装置还包括：

复数个定位装置，分别设置在该基底上，且与所述喷洒位置对应；以及

复数个抵接件，分别设置在该基底上，且与所述定位装置对应；

其中每一定位装置推该基材至对应于所述喷洒位置的一既定位置，且所述抵接件将该基材保持在该既定位置。

6、如权利要求5所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该基底设有一沟槽，且每一传输装置包括：

一凸轮，以可旋转的方式设置在该基底上；以及

一杆，以可穿过该沟槽的方式移动该基材，其中该杆的一端连接该凸轮，且其另一端与该基材抵接，借此该杆借由该凸轮的旋转移动该基材。

7、如权利要求3所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该运送装置包括：

复数个夹具，用以接收和支持该基材；

一基底，用以在其上放置所述夹具；以及

复数个传输装置，分别设置在该基底上，用以从所述喷洒位置中的其中一个移动该夹具至所述喷洒位置中的下一个。

8、如权利要求7所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该运送装置还包括：

复数个定位装置，分别设置在该基底上，且与所述喷洒位置对应；以及

复数个抵接件，分别设置在该基底上，且与所述定位装置对应；

其中每一定位装置推该夹具至对应于所述喷洒位置的一既定位置，且所述抵接件将该夹具保持在该既定位置。

9、如权利要求8所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该基底设有一沟槽，且每一传输装置包括：

一凸轮，以可旋转的方式设置在该基底上；以及

一杆，以可穿过该沟槽的方式移动该夹具，其中该杆的一端连接该凸轮，且其另一端与该夹具抵接，借此该杆借由该凸轮的旋转移动该夹具。

10、如权利要求3所述的生物芯片制造装置，其特征在于，还包括：

一步进马达，与该运送装置电性连接，用以移动该运送装置该既定距离；以及

至少一传感器，用以探测该基材位置，且与该步进马达电性连接，借此沿着该运送装置移动的该基材的动作是依据该传感器的探测结果。

11、如权利要求10所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该运送装置包括：

一运送带，用以在其上接收和支撑该基材；以及

两滚轮，与该步进马达电性连接，且用以移动该运送带。

12、如权利要求11所述的生物芯片制造装置，其特征在于，所述喷洒器在该第一轴上以该既定距离分成复数群，且所述喷洒器的每一群在与该第一轴垂直的一第二轴上移动。

13、如权利要求10所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该运送装置包括：

一转子，与该步进马达电性连接；以及

一平台，设置在该转子上，且用以在其上放置该基材。

14、如权利要求13所述的生物芯片制造装置，其特征在于，该平台为圆形，且所述喷洒器以一环状设置。

15、一种生物芯片制造方法，用以将至少一基材制造成至少一芯片，其特征在于，包括：

在一运送装置上接收该基材；

运送该基材经过对应于排成一系列的复数个喷洒位置而排成一系列的复数个接收位置；以及

在每一喷洒位置喷洒排成一阵列的复数个试剂至该基材上。

16、如权利要求15所述的生物芯片制造方法，其特征在于，所述接收位置为线性排列。

17、如权利要求15所述的生物芯片制造方法，其特征在于，所述接收位置为以环状排列。

18、如权利要求15所述的生物芯片制造方法，其特征在于，所述试剂彼此不相互重叠。

19、如权利要求15所述的生物芯片制造方法，其特征在于，复数个基材同时在该运送装置上被接收，每一所述基材被以步进方式运送经过所述接收位置。

20、一种生物芯片制造方法，用以将至少一基材制造成至少一芯片，其特征在于，包括：

在一运送装置上接收该基材；

运送该基材经过对应于排成一系列的复数个形成位置而排成一系列的复数个接收位置；以及

在每一形成位置形成排成一阵列的复数个试剂至该基材上。

21、如权利要求20所述的生物芯片制造方法，其特征在于，所述接收位置为线性排列。

22、如权利要求20所述的生物芯片制造方法，其特征在于，所述接收位置为以环状排列。

23、如权利要求20所述的生物芯片制造方法，其特征在于，所述试剂彼此不相互重叠。

24、如权利要求20所述的生物芯片制造方法，其特征在于，复数个基材同时在该运送装置上被接收，每一所述基材被以步进方式运送经过所述接收位置。

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