WO2001023092A1 - Device and method for absorbing and releasing minute amounts of liquid - Google Patents

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WO2001023092A1
WO2001023092A1 PCT/DE2000/003447 DE0003447W WO0123092A1 WO 2001023092 A1 WO2001023092 A1 WO 2001023092A1 DE 0003447 W DE0003447 W DE 0003447W WO 0123092 A1 WO0123092 A1 WO 0123092A1
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WO
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capillary
substrate
tip
liquid
receiving
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Application number
PCT/DE2000/003447
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German (de)
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Hans Lindner
Hannes Dobler
Claus Kuhn
Hansjörg GRILL
Original Assignee
Giesing, Michael
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
Application filed by Giesing, Michael, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Giesing, Michael
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241Drop counters; Drop formers
    • B01L3/0262Drop counters; Drop formers using touch-off at substrate or container
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00351Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/00364Pipettes
    • B01J2219/00367Pipettes capillary
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2219/00351Means for dispensing and evacuation of reagents
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    • B01J2219/00367Pipettes capillary
    • B01J2219/00369Pipettes capillary in multiple or parallel arrangements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40BCOMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B60/00Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
    • C40B60/14Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/1034Transferring microquantities of liquid

Definitions

  • the invention relates to a device and method for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid, the device comprising a dosing head, a handling device and a device for receiving a substrate.
  • the dosing head has at least one capillary for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid and the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by the handling device.
  • chips or “biochips” are required, which consist of a mostly planar substrate or carrier on which various chemical and / or biological substances (e.g. haptens, proteins, oligo) are present in the highest possible density - And / or polymeric nucleic acids, sugar, lipids, cells, other chemical and biological substances) are immobilized.
  • chemical and / or biological substances e.g. haptens, proteins, oligo
  • These individual chemical and / or biological substances can be arranged on the substrate in the form of an array or a matrix.
  • the different substances are either synthesized in situ on the substrate or must be applied to the substrate in a correspondingly high density in a dissolved form, the dissolved molecules then being immobilized either covalently or adsorptively on the surface of the substrate.
  • substrate is used to denote the surface of a material with or without chemical activation.
  • the material can be, for example, glass, plastic, metal, a semiconductor material or the like.
  • substance is understood to mean liquids in which the chemical and / or biological substances to be dispensed are dissolved or suspended.
  • capillaries are thin bores, regardless of the type of manufacture. It can be drawn glass tubes or drilled or otherwise drilled holes or holes in a solid block.
  • a disadvantage of the known devices for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid according to the prior art is that the smallest possible meterable drop volumes have a volume of approximately 1 nl (10 '9 1). The drop diameter is therefore approx. 100 ⁇ m. This means that a maximum of 20 drops per mm 2 can be applied.
  • DE-197 09 348 A1 describes an automatic multi-epitope ligand mapping system in which various reagent solutions are applied to a tissue sample.
  • the automatic pipetting system described there is not touching, as can be seen, for example, from column 3, lines 6-9 of this document.
  • the pipetting system only has an insufficient positioning accuracy of 100 ⁇ m for the production of biochips.
  • the currently achievable density of drops is limited to a few dozen drops per mm 2 .
  • the previously achievable spot density is at best 10 spots per mm 2 .
  • EP 0 608 423 A1 describes a method for taking up highly viscous liquids, such as red blood cells. In the known method, however, the liquid is not deposited on the surface of an essentially planar substrate.
  • EP 0 508 531 A2 describes a complex method for precise dosing of a liquid, in which an elastic dosing device is first placed on the bottom of a vessel and then lifted off again under constant pressure control, so that there is a connection between the bottom and the tip of the dosing device Forms liquid meniscus.
  • the formation of the meniscus requires a liquid volume of a few ⁇ l, so that small amounts of liquid which are necessary in the area of the production of biochips cannot be metered.
  • the object of the invention is to provide a device for taking up and dispensing the smallest amounts of liquid, in which the required amounts of the sample and / or substances to be analyzed are reduced and the number of analysis parameters is increased.
  • a device for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid with a device for receiving a substrate, a dosing head which has at least one capillary for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid, at least the dispensing, but preferably also the absorption of liquid by a The tip of the capillary takes place, a handling device by means of which the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed, the dispensing of liquid taking place by placing the tip of the capillary on the substrate.
  • This device has the advantages that the smallest droplet volumes of up to 0.1 pl can be deposited on substrates. By placing the drops directly on the substrate, they can be positioned with greater accuracy than with non-contacting methods. As a result, drop densities of up to 2500 drops per mm 2 have been achieved with the device according to the invention. This results in a significant reduction in the required amounts of the sample to be analyzed and the substances. In addition, a larger number of analysis parameters can be examined with a given amount of sample. Furthermore, when the drops are dosed onto substrates, no satellite drops can occur, so that the risk of cross-contamination and the resultant incorrect test results are avoided.
  • the dead volume when the liquid to be dosed is taken up by the capillary can be limited to less than 1 nl, which leads to a significant reduction in the amount of substance required. This is made possible by the fact that the substrate is taken up by the tip of the capillary and is also released through this tip. This means that no dead space has to be filled with substrate. Nevertheless, the capillary of the dosing tip can take up a work reserve that is sufficient for stopping at least 100 drops.
  • the inside diameter of the capillary is 1 ⁇ m to 200 ⁇ m at least in the area of the tip, so that sufficiently small drops can be deposited on the substrate.
  • a drawn glass capillary is used, so that capillaries with the required inner diameters can be provided by melting and pulling commercially available glass capillaries, with, if appropriate, a final fire pool.
  • the outer surface and / or the inner surface of the capillary are coated at least in the area of the tip, so that the behavior of the liquid when it is taken up or released by the capillary can be influenced.
  • the inner and outer surface of the dosing tip can be coated differently.
  • the capillary is coated with polyimide, so that this so-called fused silica capillary has great flexibility.
  • the capillary is coated hydrophobically or hydrophilically on the outside and / or inside, so that the behavior of the substance when immobilized on the substrate is suitably coordinated with the properties of the capillary, in particular its surface properties outside and inside, and the Surface of the substrate can be influenced.
  • Another embodiment of the invention provides that the pressure inside the capillary can be controlled so that the uptake and delivery of the liquid can be actively influenced.
  • a plurality of capillaries are combined to form an array or a matrix, so that the capillaries can be charged simultaneously and a plurality of drops can be deposited simultaneously.
  • This embodiment is particularly suitable for series production if substances are to be immobilized on a large number of identically designed substrates.
  • the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by the handling device in three coordinate directions, so that the dosing head for receiving the liquid from a container and dispensing the liquid on the substrate freely Space is movable.
  • the coordinate directions correspond to the axes of a Cartesian coordinate system, so that straight guides and corresponding drives can be used.
  • the relative angle of rotation of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by the handling device, so that the substrate and the working direction of the dosing head can be aligned with one another.
  • the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by one or more ball screw drives with a connected hybrid stepping motor, so that large adjustment paths and high adjustment speeds with high positioning accuracy can be achieved.
  • the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by one or more piezo-controlled nanomotors, so that space-saving and highly precise positioning is possible.
  • means are available for determining the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate, in particular scales of glass or metal interacting with an optical scanning device, so that the actual position of the capillary or the substrate is very accurate can be recorded in all movement axes.
  • a control device for controlling the absorption and dispensing of liquid and the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate are provided, so that the device according to the invention can be operated automatically.
  • the above-mentioned object is also achieved by a method for taking up and dispensing the smallest amounts of liquid, which can be carried out in particular by means of the inventive device described above.
  • a tip of a capillary is filled with a liquid to be dispensed on a substrate.
  • the tip of the capillary is then positioned precisely above a predetermined point on the substrate at which a spot of the liquid is to be dispensed.
  • one contacts the surface of the substrate with the tip of the capillary by lowering the capillary and / or lifting the substrate.
  • the capillary can be filled through its tip, for example by immersing the tip in a container filled with the liquid to be dispensed. Capillary forces draw a small amount of liquid into the tip of the capillary. This process can be supported or controlled if, at the same time as the tip is immersed, the pressure inside the capillary is reduced so that liquid is actively taken up from the container. However, it is also possible to fill the tip of the capillary via its end facing away from the tip. For this purpose, liquid from a reservoir is advantageously filled into the capillary under pressure. The pressure is regulated so that the tip of the capillary is just filled without liquid escaping.
  • the pressure inside the capillary is increased when the capillary touches the substrate clamped, for example, in the device for receiving a substrate, so that the amount of liquid which is deposited on the substrate can be controlled.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid.
  • FIG. 2 shows a variant of the holder for the glass capillary of the device of FIG. 1.
  • the dosing station 10 comprises a dosing head 11, a device 12 for receiving an essentially planar substrate 13, for example a biochip, and a handling device 14, 15, 16, with the aid of which the relative position of the dosing head 11 and the substrate 13 can be changed.
  • the handling device can be designed in a wide variety of ways.
  • the relative position of the dosing head 11 and the substrate 13 or of the dosing head 11 and the receiving device 12 can preferably be changed at least in all spatial directions.
  • the receiving device 12 can be designed as an xy displacement table, which enables movement in the plane of the planar substrate 13 via a drive device 16. With a stationary dosing head 11, each point on the surface of the planar substrate 13 can be controlled in this way.
  • a lifting device (not shown in FIG. 1) can be provided, which allows movement of the receiving device 12 and the substrate 13 perpendicular to the plane of the substrate (according to FIG the nomenclature introduced above in the z direction).
  • FIG. 1 a lifting device
  • the relative movement of dosing head 11 and substrate 13 in the z direction is ensured by a linear drive 14 arranged on dosing head 11, which moves the dosing head perpendicular to the plane of substrate 13.
  • a rotary adjuster 15 is provided, with the aid of which the angle between dosing head 11 and substrate 13 can be adjusted.
  • the receiving device 12 and the substrate 13 can be arranged in a stationary manner, while the dosing head can be displaced in the x, y and z directions by suitable positioning devices.
  • a control device 17 which usually comprises a computer and suitable measurement and control software.
  • the corresponding control lines 18, 19 are shown in dashed lines.
  • the dosing head 11 has a drawn glass capillary 20 which ends in a thin tip 21 with an inner diameter of a few micrometers. Located in the tip 21 is a fluid 22 to be applied to the surface of the substrate 13, which can be sucked in, for example, by immersing the glass capillary 20 in a fluid reservoir (not shown).
  • the glass capillary 20 is connected via a line 23 to a pressure regulator 24, which makes it possible to generate an overpressure or a vacuum in the glass capillary 20.
  • the pressure regulator 24 is also controlled by the control unit 17 via a control line 25.
  • the pressure regulator 24 can be designed as a microdosing syringe, the piston of which is actuated by a coupled stepper motor.
  • the pressure regulator 24 can also have a reservoir (not shown) for the fluid 22, wherein the fluid can be pumped into the glass capillary 20 via the line 23.
  • control unit 17 for example when stepper motors are used by specifying the number of steps.
  • control unit 17 For the absolute determination of the position of the tip 21 of the glass capillary 20 above the planar substrate 13, an optical scanning device 26 is provided in the example shown, which includes microscope optics 27 which images the surface of the substrate 13 on a CCD module 28. The signals are transmitted to the control unit 17 and evaluated via a data line 29.
  • high-precision scales made of glass or metal can be used, which are arranged on the substrate 13 or, if a transparent substrate is used, below the substrate in the receiving device 12.
  • the substrate can also be applied to the substrate (for example by embossing, printing or etching), which are recognized and evaluated by a suitable image processing system in the control unit 17.
  • the scales can also be arranged on the axes of the positioning devices 14, 16 of the handling device and can be evaluated using separate scanning devices.
  • fluid is released onto the surface of the planar substrate 13 by bringing the tip 21 of the glass capillary 22 into contact with the surface of the substrate 13. It must be ensured that neither the substrate 13 or, if applicable, coatings applied in a previous dosing process, nor the glass capillary 20 itself are damaged. Due to the usually inevitable tolerances of the substrate surface or the drawn glass capillary, the vertical movement of the glass capillary and substrate is preferably monitored automatically.
  • the tips of drawn glass capillaries are relatively elastic, so that when the glass capillary approaches the surface of the substrate 13 vertically, a desired position lying slightly below the actual substrate surface in the z direction does not necessarily have to result in damage to the capillary.
  • the elastic tip 21 laterally evades the pressure exerted by the actuating device 14 after contacting the surface, so that the desired positioning accuracy is no longer guaranteed. Therefore, as shown in FIG. 1, the glass capillary 20 is preferably arranged obliquely to the surface of the planar substrate 13. A slightly too low lowering of the glass capillary then leads to a slight bending of the tip 21, but the position of the tip in the plane of the substrate 13 practically does not change and the lateral position of the fluid delivery can be precisely controlled.
  • the substrate 13 is provided with metallized tracks 30 which surround the individual spots 31 to be coated.
  • the metallized tracks 30 are grounded via a line 32.
  • a transition piece 33 made of glass between the glass capillary 20 and the line 23 a fine wire 34 is melted, which leads inside the glass capillary 20 into the area of the fluid 22.
  • Many fluids 22 used in biotechnology have a certain electrical conductivity.
  • a voltage is now applied to line 34 via an ammeter 35.
  • a current flow is registered via the measuring device 35 and a signal is sent via the line 36 to the control device 17, which stops the linear drive 14 in the z direction via the line 19.
  • FIG. 2 shows a variant for controlling the placement of the glass capillary 20 on the surface of the substrate 13.
  • the glass capillary 20 is fastened in a holder 37. Since the tip 21 of the glass capillary 20 bends slightly when it comes into contact with the substrate 13, a pressure sensor 38 can be arranged in the holder 37, which registers the pressure received by the holder 37 when the capillary is bent and sends a corresponding signal to the line 39
  • Control unit 17 (not shown in FIG. 2) sends.
  • a confocal optic can be provided in the scanning device 26, by means of which the surface of the substrate 13 is imaged with a depth of focus of only a few micrometers.
  • the positioning of the tip 21 of the glass capillary can then be regulated in the control unit 17 with the aid of an image processing system. Accordingly, an optical detection system can also be oriented parallel to the surface of the substrate. The contact of the tip of the capillary with the surface of the substrate is then again determined by an image processing system. An elastic mounting of the glass capillary is also conceivable. In such a case, for example, contact with the surface of the substrate can also be registered by a pressure sensor.
  • the dosing head is arranged to be displaceable in the direction of three Cartesian coordinate axes.
  • an absolute position measuring system with scales along each axis and optical reading devices cooperating with them is provided.
  • the markings on the measuring rails are optically recorded by the reading device and evaluated by pulse counter cards. Measuring rails with a resolution of 100 nm are used to ensure a positioning accuracy of 1 ⁇ m.
  • the dosing head is driven in each axis by a ball screw drive of the precision class with pitch 6 via a hybrid stepper motor with 400 steps per revolution.
  • the 400 full steps are software-technical in each 128 sub-steps divided. This achieves a resolution of 51,200 increments per revolution. This corresponds to a resolution of approx. 120 nm per increment.
  • the adjustment speeds are up to 120 mm per second, the work area has dimensions of approximately 300 mm x 300 mm x 80 mm.
  • a drawn, hydrophobized capillary made of borosilicate glass with an internal diameter of 5 ⁇ m is used as the metering capillary.
  • the liquid is dosed by adhesion and pressure pulse. Dosing volumes between 0.1 pl and 1000 pl, with a drop diameter between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, can be sold.
  • piezo-based nanomotors from Kleindiek are used.
  • fine mode you achieve a resolution of 1 nm per 0.1 volt, corresponding to an increment.
  • the control takes place over a range of +/- 15 volts in
  • Fine operation which corresponds to a travel distance of 300 nm.
  • you have to switch to coarse mode This enables travel distances in the cm range to be achieved.
  • individual steps are lost due to the system.
  • this disadvantage is offset by the absolute displacement measurement.
  • Two piezo-driven nanomotors are connected in parallel for the x and y axes.
  • the positioning accuracy is +/- 100 nm, the adjustment speed is up to 1 mm per second. It is also possible to connect several nanomotors in series to increase the adjustment range.
  • the work area has dimensions of approximately 10 mm x 10 mm x 10 mm.
  • the liquid is deposited passively through a fused silica capillary with an internal diameter of 5 ⁇ m to 150 ⁇ m. This results in droplet diameters on the substrate of 8 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • a metal scale is used to measure the distance.

Abstract

The invention relates to a device and to a method for applying minute amounts of liquid on a very confined area. The invention provides a method and a device that allows application of up to 2500 drops per mm<2> on a planar substrate by dosing minute amounts of liquid by means of a drawn glass capillary in combination with a high-precision positioning device. The inventive method and device are specifically useful for producing biochips.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen Device and method for taking up and dispensing the smallest amounts of liquid
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen, wobei die Vorrichtung einen Dosierkopf, eine Handhabungseinrichtung und eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats umfaßt. Der Dosierkopf weist mindestens eine Kapillare zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen auf und die relative Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats ist durch die Handhabungseinrichtung änderbar.The invention relates to a device and method for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid, the device comprising a dosing head, a handling device and a device for receiving a substrate. The dosing head has at least one capillary for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid and the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by the handling device.
Zur miniaturisierten Analytik werden Vorrichtungen, sog. "Chips" oder "Biochips" benötigt, die aus einem meist planaren Substrat oder Träger bestehen, auf dem in möglichst hoher Dichte verschiedene chemische und/oder biologische Substanzen (z. B. Haptene, Proteine, oligo- und/oder polymere Nukleinsäuren, Zucker, Lipide, Zellen, andere chemische und biologische Substanzen) immobilisiert sind. Diese einzelnen chemischen und/oder biologi- sehen Substanzen können in Form eines Arrays oder einer Matrix auf dem Substrat angeordnet sein. Die unterschiedlichen Substanzen werden entweder auf dem Substrat in situ synthetisiert oder müssen in gelöster Form in entsprechend hoher Dichte auf das Substrat aufgebracht werden, wobei die gelösten Moleküle dann entweder kovalent oder adsorptiv an die Oberfläche des Substrats immobilisiert werden. Je höher die Anzahl der unterschiedli- chen Substanzen ist, die pro Flächeneinheit des Substrats aufgebracht werden, desto mehr Analyseparameter können innerhalb eines Meßvorgangs untersucht werden.For miniaturized analysis, devices, so-called "chips" or "biochips" are required, which consist of a mostly planar substrate or carrier on which various chemical and / or biological substances (e.g. haptens, proteins, oligo) are present in the highest possible density - And / or polymeric nucleic acids, sugar, lipids, cells, other chemical and biological substances) are immobilized. These individual chemical and / or biological substances can be arranged on the substrate in the form of an array or a matrix. The different substances are either synthesized in situ on the substrate or must be applied to the substrate in a correspondingly high density in a dissolved form, the dissolved molecules then being immobilized either covalently or adsorptively on the surface of the substrate. The higher the number of different substances that are applied per unit area of the substrate, the more analysis parameters can be examined within one measurement process.
Mit Substrat wird im folgenden die Oberfläche eines Materials mit oder ohne chemischer Aktivierung bezeichnet. Das Material kann beispielsweise Glas, Kunststoff, Metall, ein Halb- leitermaterial oder dergleichen sein. Unter Substanz werden im folgenden Flüssigkeiten verstanden, in denen die abzugebenden chemischen und/oder biologischen Substanzen gelöst oder suspendiert sind. Als Kapillare werden im Zusammenhang mit der Erfindung dünne Bohrungen bezeichnet, unabhängig von der Art der Herstellung. Es kann sich um gezogene Glasröhrchen oder auch in einen massiven Block gebohrte oder in sonstiger Weise eingebrachte Bohrungen oder Löcher handeln.In the following, substrate is used to denote the surface of a material with or without chemical activation. The material can be, for example, glass, plastic, metal, a semiconductor material or the like. In the following, substance is understood to mean liquids in which the chemical and / or biological substances to be dispensed are dissolved or suspended. In connection with the invention, capillaries are thin bores, regardless of the type of manufacture. It can be drawn glass tubes or drilled or otherwise drilled holes or holes in a solid block.
Um die erforderlichen Substanzen und die für die Analytik benötigten Probenmengen zu verringern, ist man unter anderem bestrebt, möglichst kleine Tropfen auf möglichst geringem Raum anzuordnen. Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen nach dem Stand der Technik ist, daß die kleinstmöglichen dosierbaren Tropfenvolumina ein Volumen von ca. 1 nl (10'9 1) haben. Die Tropfendurchmesser liegen damit bei ca. 100 μm. Damit können maximal 20 Tropfen pro mm2 aufgebracht werden.In order to reduce the required substances and the sample quantities required for the analysis, one of the efforts is to arrange the smallest possible drops in the smallest possible space. A disadvantage of the known devices for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid according to the prior art is that the smallest possible meterable drop volumes have a volume of approximately 1 nl (10 '9 1). The drop diameter is therefore approx. 100 μm. This means that a maximum of 20 drops per mm 2 can be applied.
Aus DE 40 24 545 A1 eine Vorrichtung zum dosierten Zuführen einer biochemischen Analyseflüssigkeit auf ein Target bekannt, welche nach dem sogenannten Bubble-Jet-Verfahren arbeitet. Derartige nicht-berührende Dosiereinrichtungen nach den Stand der Technik weisen den Nachteil auf, daß neben dem eigentlichen Dosiertropfen in nicht vorhersehbarer und unreproduziebarer Weise zusätzliche kleinere Tröpfchen, sogenannte Satelliten-Tropfen, entstehen. Diese Satelliten-Tropfen führen jedoch bei Anwendungen in der miniaturisierten Analytik zu Querkontaminationen und damit zu möglichen Falsch-Ergebnissen. Außerdem läßt sich das Abrißverhalten der Tropfen bei den nicht-berührenden Verfahren nicht exakt vorhersagen, so daß Ungenauigkeiten in der Flugbahn und der Positionierung der Tropfen auf dem Substrat entstehen. Schließlich haben die nicht-berührenden Dosiereinrichtungen, die nach dem aus Tintenstrahldruckern bekannten "Inkjef-Verfahren arbeiten, ein großes Totvolumen. Zum Dosieren von Flüssigkeitstropfen im Nanoliterbereich muß mindestens 1 μl aufgenommen werden.From DE 40 24 545 A1 a device for the metered supply of a biochemical analysis liquid to a target is known, which works according to the so-called bubble jet method. Such non-contacting metering devices according to the prior art have the disadvantage that, in addition to the actual metering drop, additional smaller droplets, so-called satellite drops, occur in an unforeseeable and unreproducible manner. However, these satellite drops lead to cross-contamination in applications in miniaturized analysis and thus to possible false results. In addition, the tear behavior of the drops cannot be predicted exactly in the non-contacting processes, so that inaccuracies in the trajectory and the positioning of the drops on the substrate arise. Finally, the non-contacting metering devices, which operate according to the "Inkjef process known from inkjet printers, have a large dead volume. To meter drops of liquid in the nanoliter range, at least 1 μl must be taken up.
In DE-197 09 348 A1 wird ein automatisches Multi-Epitop-Ligand-Kartierungssystem beschrieben, bei welchem verschiedene Reagenzlösungen auf eine Gewebeprobe aufgebracht werden. Das dort beschriebene automatische Pipettiersystem arbeitet nicht berührend, wie beispielsweise aus Spalte 3, Zeilen 6-9 dieses Dokumentes hervorgeht. Außerdem weist das Pipettiersystem lediglich eine zur Herstellung von Biochips unzureichende Positionierge- nauigkeit von 100 μm auf.DE-197 09 348 A1 describes an automatic multi-epitope ligand mapping system in which various reagent solutions are applied to a tissue sample. The automatic pipetting system described there is not touching, as can be seen, for example, from column 3, lines 6-9 of this document. In addition, the pipetting system only has an insufficient positioning accuracy of 100 μm for the production of biochips.
Bei den berührenden Dosiereinrichtungen ist die derzeit erreichbare Dichte von Tropfen auf einige Dutzend Tropfen pro mm2 beschränkt. Beim Tip-Print Verfahren liegt die bisher erreichbare Spotdichte bei bestenfalls 10 Spots pro mm2.In the case of the touching metering devices, the currently achievable density of drops is limited to a few dozen drops per mm 2 . With the tip-print process, the previously achievable spot density is at best 10 spots per mm 2 .
In EP 0 608 423 A1 wird ein Verfahren zum Aufnehmen hochviskoser Flüssigkeiten, wie z.B. roter Blutkörperchen, beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird die Flüssigkeit aber nicht auf der Oberfläche eines im wesentlichen planaren Substrates abgesetzt. In EP 0 508 531 A2 wird ein komplexes Verfahren zum präzisen Dosieren einer Flüssigkeit beschrieben, bei dem eine elastische gehaltene Dosiereinrichtung unter ständiger Druckkontrolle zunächst am Boden eines Gefäßes aufgesetzt und dann wieder abgehoben wird, so daß sich zwischen dem Boden und der Spitze der Dosiereinrichtung ein Flüssigkeitsme- niskus ausbildet. Die Ausbildung des Meniskus erfordert jedoch ein Flüssigkeitsvolumen von einigen μl, so daß kleine, im Bereich der Herstellung von Biochips notwendigen Flüssigkeitsmengen nicht dosiert werden können.EP 0 608 423 A1 describes a method for taking up highly viscous liquids, such as red blood cells. In the known method, however, the liquid is not deposited on the surface of an essentially planar substrate. EP 0 508 531 A2 describes a complex method for precise dosing of a liquid, in which an elastic dosing device is first placed on the bottom of a vessel and then lifted off again under constant pressure control, so that there is a connection between the bottom and the tip of the dosing device Forms liquid meniscus. However, the formation of the meniscus requires a liquid volume of a few μl, so that small amounts of liquid which are necessary in the area of the production of biochips cannot be metered.
Allen bislang bekannten Vorrichtungen zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeits- mengen nach dem Stand der Technik ist gemeinsam, daß die zur Bewegung der Dosierköpfe eingesetzten Handhabungseinrichtungen eine Positioniergenauigkeit von bestenfalls 50 μm erreichen, so daß die erreichbaren Tropfendichten auf 400 Tropfen pro mm2 limitiert ist.All previously known devices for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid according to the prior art have in common that the handling devices used to move the dosing heads achieve a positioning accuracy of at best 50 μm, so that the drop densities that can be achieved are limited to 400 drops per mm 2 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen bereitzustellen, bei denen die erforderlichen Mengen der zu analysierenden Probe und/oder der Substanzen verringert und die Zahl der Analyseparameter erhöht wird.The object of the invention is to provide a device for taking up and dispensing the smallest amounts of liquid, in which the required amounts of the sample and / or substances to be analyzed are reduced and the number of analysis parameters is increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen mit einer Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats einem Dosierkopf, der mindestens eine Kapillare zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen aufweist, wobei zumindest die Abgabe, bevorzugt aber auch die Aufnahme von Flüssigkeit durch eine Spitze der Kapillare erfolgt, einer Handhabungseinrichtung, durch welche die relative Lage des Dosierkopfes und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats änderbar ist, wobei die Abgabe von Flüssigkeit durch Absetzen der Spitze der Kapillare auf dem Substrat erfolgt.This object is achieved according to the invention by a device for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid with a device for receiving a substrate, a dosing head which has at least one capillary for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid, at least the dispensing, but preferably also the absorption of liquid by a The tip of the capillary takes place, a handling device by means of which the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed, the dispensing of liquid taking place by placing the tip of the capillary on the substrate.
Diese Vorrichtung hat die Vorteile, daß kleinste Tropfenvolumina bis 0,1 pl auf Substrate abgesetzt werden können. Durch das direkte Absetzen der Tropfen auf dem Substrat kann deren Positionierung mit größerer Genauigkeit als bei nicht-berührenden Verfahren erfolgen. Im Ergebnis sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Tropfendichten von bis zu 2500 Tropfen pro mm2 erreicht worden. Daraus ergibt sich eine deutliche Reduktion der erforderlichen Mengen der zu analysierenden Probe und der Substanzen. Außerdem kann, bei gege- bener Probenmenge, eine größere Zahl von Analyseparametern untersucht werden. Weiterhin können beim Dosieren der Tropfen auf Substrate keine Satellitentropfen entstehen, so daß die Gefahr von Querkontaminationen und daraus resultierenden fehlerhaften Untersuchungsergebnissen vermieden werden.This device has the advantages that the smallest droplet volumes of up to 0.1 pl can be deposited on substrates. By placing the drops directly on the substrate, they can be positioned with greater accuracy than with non-contacting methods. As a result, drop densities of up to 2500 drops per mm 2 have been achieved with the device according to the invention. This results in a significant reduction in the required amounts of the sample to be analyzed and the substances. In addition, a larger number of analysis parameters can be examined with a given amount of sample. Furthermore, when the drops are dosed onto substrates, no satellite drops can occur, so that the risk of cross-contamination and the resultant incorrect test results are avoided.
Schließlich kann das Totvolumen bei der Aufnahme der zu dosierenden Flüssigkeit von der Kapillare auf weniger als 1 nl beschränkt werden, was zu einer deutlichen Reduzierung der benötigten Substanzmengen führt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß das Substrat durch die Spitze der Kapillare aufgenommen und durch diese Spitze auch wieder abgegeben wird. Somit muß kein Totraum mit Substrat gefüllt werden. Dennoch kann die Kapillare der Dosierspitze einen Arbeitsvorrat aufnehmen, der für das Absetzen von wenigstens 100 Tropfen ausreicht.Finally, the dead volume when the liquid to be dosed is taken up by the capillary can be limited to less than 1 nl, which leads to a significant reduction in the amount of substance required. This is made possible by the fact that the substrate is taken up by the tip of the capillary and is also released through this tip. This means that no dead space has to be filled with substrate. Nevertheless, the capillary of the dosing tip can take up a work reserve that is sufficient for stopping at least 100 drops.
Es ist auch möglich, die Kapillare über ihr der Spitze abgewandtes Ende zu befüllen, so daß bei der Serienfertigung von Substraten, auf denen Substanzen immobilisiert werden, eine kontinuierliche Prozeßführung erreicht wird. Bei der Serienfertigung ist das durch diese Art des Befüllens ansteigende Totvolumen von geringerer Bedeutung.It is also possible to fill the capillary via its end facing away from the tip, so that a continuous process control is achieved in the series production of substrates on which substances are immobilized. In series production, the increasing dead volume due to this type of filling is of less importance.
Bei einer Variante der Erfindung beträgt der Innendurchmessser der Kapillare zumindest im Bereich der Spitze 1 μm bis 200 μm, so daß ausreichend kleine Tropfen auf dem Substrat absetzbar sind.In a variant of the invention, the inside diameter of the capillary is 1 μm to 200 μm at least in the area of the tip, so that sufficiently small drops can be deposited on the substrate.
In Ergänzung der Erfindung wird eine gezogene Glaskapülare verwendet, so daß durch aufschmelzen und ziehen handelsüblicher Glaskapillaren, mit ggf. abschließendem Feuerpo- Heren, Kapillaren mit den geforderten Innendurchmessern bereitgestellt werden können.In addition to the invention, a drawn glass capillary is used, so that capillaries with the required inner diameters can be provided by melting and pulling commercially available glass capillaries, with, if appropriate, a final fire pool.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Außenfläche oder/und die Innenfläche der Kapillare mindestens im Bereich der Spitze beschichtet sind, so daß das Verhalten der Flüssigkeit bei der Aufnahme oder Abgabe durch die Kapillare beeinflußt werden kann. Innere und äußere Oberfläche der Dosierspitze können durchaus unterschiedlich beschichtet werden.In a further addition to the invention, it is provided that the outer surface and / or the inner surface of the capillary are coated at least in the area of the tip, so that the behavior of the liquid when it is taken up or released by the capillary can be influenced. The inner and outer surface of the dosing tip can be coated differently.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Kapillare mit Polyimid beschichtet, so daß diese sog. Fused Silika Kapillare eine große Flexibilität aufweist. Weitere Ergänzungen der Erfindung sehen vor, daß die Kapillare außen und/oder innen hydrophob oder hydrophil beschichtet ist, so daß das Verhalten der Substanz beim Immobilisieren auf dem Substrat durch die geeignete Abstimmung der Eigenschaften von Kapillare, insbesondere deren Oberflächeneigenschaften außen und innen, sowie der Oberfläche des Substrats beeinflußt werden kann.In another embodiment of the invention, the capillary is coated with polyimide, so that this so-called fused silica capillary has great flexibility. Further additions of the invention provide that the capillary is coated hydrophobically or hydrophilically on the outside and / or inside, so that the behavior of the substance when immobilized on the substrate is suitably coordinated with the properties of the capillary, in particular its surface properties outside and inside, and the Surface of the substrate can be influenced.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Druck im Inneren der Kapillare steuerbar ist, so daß die Aufnahme und Abgabe der Flüssigkeit aktiv beeinflußbar ist.Another embodiment of the invention provides that the pressure inside the capillary can be controlled so that the uptake and delivery of the liquid can be actively influenced.
Bei einer Ergänzung der Erfindung sind mehrere Kapillaren zu einem Array oder einer Matrix zusammengefaßt, so daß die Kapillaren gleichzeitig beschickt und mehrere Tropfen gleichzeitig abgesetzt werden können. Diese Ausführungsform ist besonders zur Serienfertigung geeignet, wenn auf einer Vielzahl gleich gestalteter Substrate Substanzen immobilisiert werden sollen.When the invention is supplemented, a plurality of capillaries are combined to form an array or a matrix, so that the capillaries can be charged simultaneously and a plurality of drops can be deposited simultaneously. This embodiment is particularly suitable for series production if substances are to be immobilized on a large number of identically designed substrates.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die relative Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats durch die Handhabungseinrichtung in drei Koordinatenrichtungen änderbar ist, so daß der Dosierkopf zur Aufnahme der Flüssigkeit aus einem Behälter und Abgabe der Flüssigkeit auf dem Substrat frei im Raum bewegbar ist.In a variant of the invention it is provided that the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by the handling device in three coordinate directions, so that the dosing head for receiving the liquid from a container and dispensing the liquid on the substrate freely Space is movable.
In Ergänzung der Erfindung entsprechen die Koordinatenrichtungen den Achsen eines kar- tesischen Koordinatensystems, so daß auf gerade Führungen und entsprechende Antriebe zurückgegriffen werden kann.In addition to the invention, the coordinate directions correspond to the axes of a Cartesian coordinate system, so that straight guides and corresponding drives can be used.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der relative Drehwinkel von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats durch die Handhabungseinrichtung änderbar, so daß Substrat und Arbeitsrichtung des Dosierkopfes zueinander ausgerichtet werden können.In another embodiment of the invention, the relative angle of rotation of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by the handling device, so that the substrate and the working direction of the dosing head can be aligned with one another.
Bei einer Variante der Erfindung ist die relative Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats durch einen oder mehrere Kugelgewindeantriebe mit angeschlossenem Hybridschrittmotor änderbar, so daß große Verstellwege und hohe Verstellgeschwindigkeiten bei gleichzeitig hoher Positioniergenauigkeit erreichbar sind. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die relative Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats durch einen oder mehrere piezo-gesteuerte Nanomotoren änderbar, so daß eine platzsparende und hochgenaue Positionierung möglich ist.In a variant of the invention, the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by one or more ball screw drives with a connected hybrid stepping motor, so that large adjustment paths and high adjustment speeds with high positioning accuracy can be achieved. In a further embodiment of the invention, the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate can be changed by one or more piezo-controlled nanomotors, so that space-saving and highly precise positioning is possible.
Bei einer anderen Variante sind Mittel zur Ermittlung der relativen Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats, insbesondere mit einer optischen Abtasteinrichtung zusammenwirkende Maßstäbe aus Glas oder Metall, vorhanden, so daß die tatsächliche Position der Kapillare, bzw. des Substrats mit großer Genauigkeit in allen Bewe- gungsachsen erfaßt werden kann.In another variant, means are available for determining the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate, in particular scales of glass or metal interacting with an optical scanning device, so that the actual position of the capillary or the substrate is very accurate can be recorded in all movement axes.
Im weiterer Ergänzung der Erfindung ist ein Steuergerät zur Steuerung der Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeit sowie der relativen Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats vorhanden, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung automati- siert betrieben werden kann.In a further addition to the invention, a control device for controlling the absorption and dispensing of liquid and the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate are provided, so that the device according to the invention can be operated automatically.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen, das insbesondere mittels der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren befüllt man eine Spitze einer Kapillare mit einer auf einem Substrat abzugebenden Flüssigkeit. Anschließend positioniert man die Spitze der Kapillare präzise oberhalb einer vorgegeben Stelle auf dem Substrat, an der ein Spot der Flüssigkeit abgegeben werden soll. Dann kontaktiert man die Oberfläche des Substrates mit der Spitze der Kapillare durch Absenken der Kapillare und/oder Anheben des Substrates. Die o. g. Vorteile, insbesondere das Auf- bringen kleinster Flüssigkeitsmengen auf engstem Raum, lassen sich somit auch bei der Durchführung des Verfahrens realisieren.The above-mentioned object is also achieved by a method for taking up and dispensing the smallest amounts of liquid, which can be carried out in particular by means of the inventive device described above. In the method according to the invention, a tip of a capillary is filled with a liquid to be dispensed on a substrate. The tip of the capillary is then positioned precisely above a predetermined point on the substrate at which a spot of the liquid is to be dispensed. Then one contacts the surface of the substrate with the tip of the capillary by lowering the capillary and / or lifting the substrate. The above Advantages, in particular the application of the smallest amounts of liquid in the smallest of spaces, can thus also be realized when carrying out the method.
Die Kapillare kann man durch deren Spitze befüllen, indem man beispielsweise die Spitze in einen mit der abzugebenden Flüssigkeit gefüllten Behälter eintaucht. Durch Kapillarkräfte wird eine kleine Menge Flüssigkeit in die Spitze der Kapillare gesaugt. Diesen Vorgang kann man unterstützen bzw. kontrollieren, wenn man gleichzeitig mit dem Eintauchen der Spitze den Druck im Inneren der Kapillare senkt, so daß aktiv Flüssigkeit aus dem Behälter aufgenommen wird. Es ist jedoch auch möglich, die Spitze der Kapillare über ihr der Spitze abgewandtes Ende zu befüllen. Dazu wird vorteilhaft Flüssigkeit aus einem Reservoir unter Druck in die Kapillare gefüllt. Der Druck wird so reguliert, das die Spitze der Kapillare gerade gefüllt ist, ohne daß Flüssigkeit austritt.The capillary can be filled through its tip, for example by immersing the tip in a container filled with the liquid to be dispensed. Capillary forces draw a small amount of liquid into the tip of the capillary. This process can be supported or controlled if, at the same time as the tip is immersed, the pressure inside the capillary is reduced so that liquid is actively taken up from the container. However, it is also possible to fill the tip of the capillary via its end facing away from the tip. For this purpose, liquid from a reservoir is advantageously filled into the capillary under pressure. The pressure is regulated so that the tip of the capillary is just filled without liquid escaping.
Bei einer weiteren Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck im Inneren der Kapillare erhöht, wenn die Kapillare das beispielsweise in der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats eingespannte Substrat berührt, so daß die Flüssigkeitsmenge, welche auf dem Substrat abgesetzt wird, steuerbar ist.In a further addition to the method according to the invention, the pressure inside the capillary is increased when the capillary touches the substrate clamped, for example, in the device for receiving a substrate, so that the amount of liquid which is deposited on the substrate can be controlled.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein in den beigefügten Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.
In den Zeichnungen zeigt:In the drawings:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen; und Fig. 2 eine Variante der Halterung für die Glaskapillare der Vorrichtung der Fig. 1.Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid. and FIG. 2 shows a variant of the holder for the glass capillary of the device of FIG. 1.
In Fig. 1 erkennt man eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen, die insgesamt als Dosierstation 10 bezeichnet ist. Die Dosierstation 10 umfaßt einen Dosierkopf 11 , eine Vorrichtung 12 zur Aufnahme eines im wesentlichen planaren Substrates 13, beispielsweise eines Biochips, sowie eine Handhabungseinrichtung 14,15,16, mit deren Hilfe die relative Lage des Dosierkopfes 11 und des Substrates 13 änderbar ist.1 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid, which is referred to as a whole as a dosing station 10. The dosing station 10 comprises a dosing head 11, a device 12 for receiving an essentially planar substrate 13, for example a biochip, and a handling device 14, 15, 16, with the aid of which the relative position of the dosing head 11 and the substrate 13 can be changed.
Die Handhabungseinrichtung kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. Bevorzugt läßt sich die relative Lage des Dosierkopfes 11 und des Substrates 13 bzw. des Dosierkopfes 11 und der Aufnahmevorrichtung 12 zumindest in allen Raumrichtungen ändern. Dazu kann beispielsweise die Aufnahmevorrichtung 12 als xy-Verschiebetisch ausgebildet sein, der über eine Antriebseinrichtung 16 eine Bewegung in der Ebene des planaren Substrates 13 ermöglicht. Bei stationärem Dosierkopf 11 kann auf diese Weise jeder Punkt auf der Oberfläche des planaren Substrates 13 angesteuert werden. Zusätzlich kann eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) Hubeinrichtung vorgesehen sein, die eine Bewegung der Aufnahmevor- richtung 12 und des Substrates 13 senkrecht zur Ebene des Substrates erlaubt (gemäß der oben eingeführten Nomenklatur also in z-Richtung). Im Beispiel der Figur 1 wird die Relativbewegung von Dosierkopf 11 und Substrat 13 in z-Richtung jedoch durch einen am Dosierkopf 11 angeordneten Linearantrieb 14 gewährleistet, der den Dosierkopf senkrecht zur Ebene des Substrates 13 bewegt. Zusätzlich ist ein Drehversteller 15 vorgesehen, mit des- sen Hilfe der Winkel zwischen Dosierkopf 11 und Substrat 13 einstellbar ist. Gemäß einer anderen (nicht dargestellten) Variante kann die Aufnahmevorrichtung 12 und das Substrat 13 stationär angeordnet sein, während der Dosierkopf durch geeignete Positioniereinrichtungen in x-, y- und z-Richtung verschiebbar ist.The handling device can be designed in a wide variety of ways. The relative position of the dosing head 11 and the substrate 13 or of the dosing head 11 and the receiving device 12 can preferably be changed at least in all spatial directions. For this purpose, for example, the receiving device 12 can be designed as an xy displacement table, which enables movement in the plane of the planar substrate 13 via a drive device 16. With a stationary dosing head 11, each point on the surface of the planar substrate 13 can be controlled in this way. In addition, a lifting device (not shown in FIG. 1) can be provided, which allows movement of the receiving device 12 and the substrate 13 perpendicular to the plane of the substrate (according to FIG the nomenclature introduced above in the z direction). In the example in FIG. 1, however, the relative movement of dosing head 11 and substrate 13 in the z direction is ensured by a linear drive 14 arranged on dosing head 11, which moves the dosing head perpendicular to the plane of substrate 13. In addition, a rotary adjuster 15 is provided, with the aid of which the angle between dosing head 11 and substrate 13 can be adjusted. According to another variant (not shown), the receiving device 12 and the substrate 13 can be arranged in a stationary manner, while the dosing head can be displaced in the x, y and z directions by suitable positioning devices.
Zur Steuerung der Handhabungseinrichtung 14,15,16 ist ein Steuergerät 17 vorgesehen, das üblicherweise einen Computer und geeignete Meß- und Regelungssoftware umfaßt. In Fig. 1 sind die entsprechenden Steuerleitungen 18,19 gestrichelt dargestellt.To control the handling device 14, 15, 16, a control device 17 is provided, which usually comprises a computer and suitable measurement and control software. In Fig. 1, the corresponding control lines 18, 19 are shown in dashed lines.
Der Dosierkopf 11 weist eine gezogene Glaskapillare 20 auf, die in einer dünnen Spitze 21 mit einem Innendurchmesser von einigen Mikrometer ausläuft. In der Spitze 21 befindet sich ein auf die Oberfläche des Substrates 13 aufzubringendes Fluid 22, das beispielsweise durch Eintauchen der Glaskapillare 20 in ein (nicht dargestelltes) Fluidreservoir angesaugt werden kann. Dazu ist die Glaskapillare 20 über eine Leitung 23 mit einem Druckregler 24 verbunden, der es ermöglicht, in der Glaskapillare 20 einen Überdruck oder einen Unter- druck zu erzeugen. Der Druckregler 24 wird über eine Steuerleitung 25 ebenfalls vom Steuergerät 17 gesteuert. Gemäß einer besonders einfachen Variante kann der Druckregler 24 als Mikrodosierspritze ausgebildet sein, deren Kolben von einem angekoppelten Schrittmotor betätigt wird. Der Druckregler 24 kann aber auch ein (nicht dargestelltes) Reservoir für das Fluid 22 aufweisen, wobei man das Fluid über die Leitung 23 in die Glaskapillare 20 pumpen kann.The dosing head 11 has a drawn glass capillary 20 which ends in a thin tip 21 with an inner diameter of a few micrometers. Located in the tip 21 is a fluid 22 to be applied to the surface of the substrate 13, which can be sucked in, for example, by immersing the glass capillary 20 in a fluid reservoir (not shown). For this purpose, the glass capillary 20 is connected via a line 23 to a pressure regulator 24, which makes it possible to generate an overpressure or a vacuum in the glass capillary 20. The pressure regulator 24 is also controlled by the control unit 17 via a control line 25. According to a particularly simple variant, the pressure regulator 24 can be designed as a microdosing syringe, the piston of which is actuated by a coupled stepper motor. The pressure regulator 24 can also have a reservoir (not shown) for the fluid 22, wherein the fluid can be pumped into the glass capillary 20 via the line 23.
Die Relativbewegung von Dosierkopf 11 und Substrat 13 wird von dem Steuergerät 17 vorgegeben (beispielsweise bei der Verwendung von Schrittmotoren durch Vorgabe der Schrittzahl). Zur Absolutbestimmung der Position der Spitze 21 der Glaskapillare 20 über dem planaren Substrat 13 ist im dargestellten Beispiel eine optische Abtasteinrichtung 26 vorgesehen, die eine Mikroskopoptik 27 umfaßt, welche die Oberfläche des Substrates 13 auf einem CCD-Modul 28 abbildet. Über eine Datenleitung 29 werden die Signale zum Steuergerät 17 übertragen und ausgewertet. Dazu kann man hochpräzise Maßstäbe aus Glas oder Metall verwenden, die auf dem Substrat 13 oder, wenn ein transparentes Substrat verwendet wird, unter dem Substrat in der Aufnahmevorrichtung 12 angeordnet sind. Es können auch Markierungen auf das Substrat aufgebracht werden (beispielsweise durch Prägen, Drucken oder Ätzen), die durch ein geeignetes Bildverarbeitungssystem im Steuergerät 17 erkannt und ausgewertet werden. Die Maßstäbe können aber auch an den Achsen der Positioniereinrichtungen 14, 16 der Handhabungseinrichtung angeordnet sein und über separate Abtasteinrichtungen ausgewertet werden.The relative movement of dosing head 11 and substrate 13 is specified by control unit 17 (for example when stepper motors are used by specifying the number of steps). For the absolute determination of the position of the tip 21 of the glass capillary 20 above the planar substrate 13, an optical scanning device 26 is provided in the example shown, which includes microscope optics 27 which images the surface of the substrate 13 on a CCD module 28. The signals are transmitted to the control unit 17 and evaluated via a data line 29. For this purpose, high-precision scales made of glass or metal can be used, which are arranged on the substrate 13 or, if a transparent substrate is used, below the substrate in the receiving device 12. It can also be applied to the substrate (for example by embossing, printing or etching), which are recognized and evaluated by a suitable image processing system in the control unit 17. However, the scales can also be arranged on the axes of the positioning devices 14, 16 of the handling device and can be evaluated using separate scanning devices.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Abgabe von Fluid auf die Oberfläche des planaren Substrates 13 dadurch, daß man die Spitze 21 der Glaskapillare 22 mit der Oberfläche des Substrates 13 in Kontakt bringt. Dabei muß gewährleistet sein, daß weder das Substrat 13 oder gegebenenfalls in einem vorausgegangen Dosiervorgang aufgebrachte Beschichtungen, noch die Glaskapillare 20 selbst, beschädigt werden. Aufgrund von meist unvermeidlichen Toleranzen der Substratoberfläche oder der gezogenen Glaskapillare wird die senkrechte Bewegung von Glaskapillare und Substrat vorzugsweise automatisch überwacht. Zwar sind die Spitzen von gezogenen Glaskapillaren relativ elastisch, so daß beim senkrechten Annähern der Glaskapillare an die Oberfläche des Substrates 13 eine in z- Richtung geringfügig unterhalb der tatsächlichen Substratfläche liegende Sollposition nicht unbedingt zu einer Beschädigung der Kapillare führen muß. Allerdings weicht die elastische Spitze 21 in einem solchen Fall nach dem Kontaktieren der Oberfläche dem von die Betätigungsvorrichtung 14 ausgeübten Druck in Undefinierter Weise seitlich aus, so daß die ge- wünschte Positioniergenauigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Daher wird die Glaskapillare 20 bevorzugt, wie auch in Fig. 1 dargestellt, schräg zur Oberfläche des planaren Substrates 13 angeordnet. Ein geringfügig zu weites Absenken der Glaskapillare führt dann zwar zu einem leichten Durchbiegen der Spitze 21 , jedoch ändert sich die Position der Spitze in der Ebene des Substrates 13 praktisch nicht und die laterale Position der Fluidabgabe kann präzise gesteuert werden.In the device according to the invention, fluid is released onto the surface of the planar substrate 13 by bringing the tip 21 of the glass capillary 22 into contact with the surface of the substrate 13. It must be ensured that neither the substrate 13 or, if applicable, coatings applied in a previous dosing process, nor the glass capillary 20 itself are damaged. Due to the usually inevitable tolerances of the substrate surface or the drawn glass capillary, the vertical movement of the glass capillary and substrate is preferably monitored automatically. The tips of drawn glass capillaries are relatively elastic, so that when the glass capillary approaches the surface of the substrate 13 vertically, a desired position lying slightly below the actual substrate surface in the z direction does not necessarily have to result in damage to the capillary. In such a case, however, the elastic tip 21 laterally evades the pressure exerted by the actuating device 14 after contacting the surface, so that the desired positioning accuracy is no longer guaranteed. Therefore, as shown in FIG. 1, the glass capillary 20 is preferably arranged obliquely to the surface of the planar substrate 13. A slightly too low lowering of the glass capillary then leads to a slight bending of the tip 21, but the position of the tip in the plane of the substrate 13 practically does not change and the lateral position of the fluid delivery can be precisely controlled.
In Fig. 1 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie der Kontakt der Spitze 21 auf der Oberfläche des Substrates 13 detektiert werden kann. Das Substrat 13 ist im dargestellten Beispiel mit metallisierten Bahnen 30 versehen, welche die einzelnen zu beschichtenden Spots 31 um- geben. Die metallisierten Bahnen 30 sind über eine Leitung 32 geerdet. In einem Übergangsstück 33 aus Glas zwischen der Glaskapillare 20 und der Leitung 23 ist ein feiner Draht 34 eingeschmolzen, der im Inneren der Glaskapillare 20 bis in den Bereich des Flui- des 22 führt. Viele in der Biotechnologie eingesetzten Fluide 22 weisen eine gewisse elektrische Leitfähigkeit auf. Nun wird über einen Strommesser 35 eine Spannung an der Leitung 34 angelegt. Sobald die Spitze 21 der Kapillare 20 mit der Oberfläche des Substrates 13 in Kontakt kommt, breitet sich die Flüssigkeit 22 durch Adhäsion und durch einen gegebenen¬ falls mit Hilfe des Druckreglers 24 in der Kapillare 20 erzeugten Überdrucks auf dem Spot 31 aus und kommt mit den Rändern der geerdeten Metallisierung 30 in Kontakt. Über das Meßgerät 35 wird ein Stromfluß registriert und über die Leitung 36 ein Signal an das Steuergerät 17 geschickt, welches über die Leitung 19 den Linearantrieb 14 in z-Richtung stoppt.1 shows a possibility of how the contact of the tip 21 on the surface of the substrate 13 can be detected. In the example shown, the substrate 13 is provided with metallized tracks 30 which surround the individual spots 31 to be coated. The metallized tracks 30 are grounded via a line 32. In a transition piece 33 made of glass between the glass capillary 20 and the line 23, a fine wire 34 is melted, which leads inside the glass capillary 20 into the area of the fluid 22. Many fluids 22 used in biotechnology have a certain electrical conductivity. A voltage is now applied to line 34 via an ammeter 35. As soon as the tip 21 of the capillary 20 with the surface of the substrate 13 in Is contacted, the fluid spreads 22 by adhesion and by a given ¬ appropriate with the aid of the pressure controller 24 generated in the capillary 20 overpressure in the spot 31 and comes to the edges of the grounded metallization 30 is in contact. A current flow is registered via the measuring device 35 and a signal is sent via the line 36 to the control device 17, which stops the linear drive 14 in the z direction via the line 19.
In Fig. 2 ist eine Variante zur Steuerung des Aufsetzens der Glaskapillare 20 auf der Oberfläche des Substrates 13 dargestellt. Wie auch im Beispiel der Figur 1 ist die Glaskapillare 20 in einem Halter 37 befestigt. Da sich die Spitze 21 der Glaskapillare 20 beim Kontakt mit dem Substrat 13 leicht verbiegt, kann man in dem Halter 37 einen Druckaufnehmer 38 anordnen, der den beim Verbiegen der Kapillare vom Halter 37 aufgenommen Druck registriert und über eine Leitung 39 ein entsprechendes Signal an das (in Figur 2 nicht dargestellte) Steuergerät 17 sendet. Andere Steuerungskonzepte sind jedoch ebenso denkbar. Beispielsweise kann in der Abtasteinrichtung 26 eine konfokale Optik vorgesehen sein, mittels welcher die Oberfläche des Substrates 13 mit einer Tiefenschärfe von nur wenigen Mikrometern abgebildet wird. Die Positionierung der Spitze 21 der Glaskapillare kann dann im Steuergerät 17 mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems geregelt werden. Entsprechend kann ein optisches Detektionssystem auch parallel zur Oberfläche des Substrates orientiert sein. Der Kontakt der Spitze der Kapillare mit der Oberfläche des Substrates wird dann wiederum durch ein Bildverarbeitungssystem ermittelt. Auch eine elastische Halterung der Glaskapillare ist denkbar. In einem solchen Fall kann beispielsweise ein Kontakt mit der Oberfläche des Substrates ebenfalls durch einen Druckaufnehmer registriert werden.2 shows a variant for controlling the placement of the glass capillary 20 on the surface of the substrate 13. As in the example in FIG. 1, the glass capillary 20 is fastened in a holder 37. Since the tip 21 of the glass capillary 20 bends slightly when it comes into contact with the substrate 13, a pressure sensor 38 can be arranged in the holder 37, which registers the pressure received by the holder 37 when the capillary is bent and sends a corresponding signal to the line 39 Control unit 17 (not shown in FIG. 2) sends. However, other control concepts are also conceivable. For example, a confocal optic can be provided in the scanning device 26, by means of which the surface of the substrate 13 is imaged with a depth of focus of only a few micrometers. The positioning of the tip 21 of the glass capillary can then be regulated in the control unit 17 with the aid of an image processing system. Accordingly, an optical detection system can also be oriented parallel to the surface of the substrate. The contact of the tip of the capillary with the surface of the substrate is then again determined by an image processing system. An elastic mounting of the glass capillary is also conceivable. In such a case, for example, contact with the surface of the substrate can also be registered by a pressure sensor.
Bei zwei weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Dosier- köpf in Richtung von drei kartesischen Koordinatenachsen verschiebbar angeordnet. Außerdem ist ein absolutes Wegmeßsystem mit Maßstäben entlang jeder Achse und mit diesen zusammenwirkenden optischen Ableseeinrichtungen vorgesehen. Die Markierungen der Meßschienen werden optisch über die Ableseeinrichtung erfaßt und von Impulszählerkarten ausgewertet. Zur Sicherstellung einer Positioniergenauigkeit von 1 μm werden Meßschienen mit einer Auflösung von 100 nm eingesetzt.In two further exemplary embodiments, not shown in the figures, the dosing head is arranged to be displaceable in the direction of three Cartesian coordinate axes. In addition, an absolute position measuring system with scales along each axis and optical reading devices cooperating with them is provided. The markings on the measuring rails are optically recorded by the reading device and evaluated by pulse counter cards. Measuring rails with a resolution of 100 nm are used to ensure a positioning accuracy of 1 μm.
Beim ersten Ausführungsbeispiel wird der Dosierkopf in jeder Achse durch je einen Kugelgewindeantrieb der Präzisionsklasse mit Steigung 6 über einen Hybridschrittmotor mit 400 Schritten pro Umdrehung angetrieben. Die 400 Vollschritte werden software-technisch in je 128 Subschritte unterteilt. Damit wird eine Auflösung von 51.200 Inkrementen pro Umdrehung erreicht. Dies entspricht einer Auflösung von ca. 120 nm pro Inkrement.In the first embodiment, the dosing head is driven in each axis by a ball screw drive of the precision class with pitch 6 via a hybrid stepper motor with 400 steps per revolution. The 400 full steps are software-technical in each 128 sub-steps divided. This achieves a resolution of 51,200 increments per revolution. This corresponds to a resolution of approx. 120 nm per increment.
Die Verstellgeschwindigkeiten betragen bis zu 120 mm pro Sekunde, der Arbeitsraum hat Abmessungen von etwa 300 mm x 300 mm x 80 mm. Als Dosierkapillare kommt eine gezogene, hydrophobisierte Kapillare aus Borosilikat-Glas mit 5 μm Innendurchmesser zum Einsatz.The adjustment speeds are up to 120 mm per second, the work area has dimensions of approximately 300 mm x 300 mm x 80 mm. A drawn, hydrophobized capillary made of borosilicate glass with an internal diameter of 5 μm is used as the metering capillary.
Die Dosierung der Flüssigkeit erfolgt durch Adhäsion und Druckpuls. Dabei können Dosier- volumina zwischen 0,1 pl und 1000 pl, bei einem Tropfendurchmesser zwischen 10 μm und 100 μm abgesetzt werden.The liquid is dosed by adhesion and pressure pulse. Dosing volumes between 0.1 pl and 1000 pl, with a drop diameter between 10 μm and 100 μm, can be sold.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel werden piezo-basierte Nanomotoren der Fa. Kleindiek eingesetzt. Sie erreichen im sog. Feinbetrieb eine Auflösung von 1 nm pro 0,1 Volt, entspre- chend einem Inkrement. Die Ansteuerung erfolgt über einen Bereich von +/- 15 Volt imIn the second exemplary embodiment, piezo-based nanomotors from Kleindiek are used. In so-called fine mode, you achieve a resolution of 1 nm per 0.1 volt, corresponding to an increment. The control takes place over a range of +/- 15 volts in
Feinbetrieb, das entspricht einem Verfahrweg von 300 nm. Für größere Verfahrwege, muß in den Grobmodus umgeschaltet werden. Damit können Verfahrwege im cm-Bereich erreicht werden. Systembedingt gehen dabei jedoch Einzelschritte verloren. Dieser Nachteil wird jedoch durch die absolute Wegmessung aufgefangen.Fine operation, which corresponds to a travel distance of 300 nm. For larger travel distances, you have to switch to coarse mode. This enables travel distances in the cm range to be achieved. However, individual steps are lost due to the system. However, this disadvantage is offset by the absolute displacement measurement.
Für die x- und die y-Achse werden zwei piezo-getriebene Nanomotoren parallel geschaltet. Die Positioniergenauigkeit beträgt +/- 100 nm, die Verstellgeschwindigkeit beträgt bis zu 1 mm pro Sekunde. Es ist auch möglich zur Vergrößerung des Verstellweges mehrere Nanomotoren in Reihe zu schalten.Two piezo-driven nanomotors are connected in parallel for the x and y axes. The positioning accuracy is +/- 100 nm, the adjustment speed is up to 1 mm per second. It is also possible to connect several nanomotors in series to increase the adjustment range.
Der Arbeitsraum hat Abmessungen von etwa 10 mm x 10 mm x 10 mm. Das Absetzen der Flüssigkeit erfolgt passiv durch eine Fused Silika Kapillare mit 5 μm bis 150 μm Innendurchmesser. Daraus ergeben sich Tropfendurchmesser auf dem Substrat von 8 μm bis 300 μm. Zur Wegmessung wird ein Metallmaßstab eingesetzt. The work area has dimensions of approximately 10 mm x 10 mm x 10 mm. The liquid is deposited passively through a fused silica capillary with an internal diameter of 5 μm to 150 μm. This results in droplet diameters on the substrate of 8 μm to 300 μm. A metal scale is used to measure the distance.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen mit einer Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats (13) einem Dosierkopf (11), der mindestens eine Kapillare (20) zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen (22) aufweist, wobei zumindest die Abgabe von Flüssigkeit durch eine Spitze (21) der Kapillare (20) erfolgt, einer Handhabungseinrichtung (14,15,16), durch welche die relative Lage des Dosierkopfes (11) und der Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats änderbar ist, wobei die Abgabe von Flüssigkeit (22) durch Absetzen der Spitze (21) der Kapillare (20) auf dem Substrat (13) erfolgt.1. Device for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid with a device (12) for receiving a substrate (13) a dosing head (11) which has at least one capillary (20) for receiving and dispensing the smallest amounts of liquid (22), at least the dispensing of liquid through a tip (21) of the capillary (20), a handling device (14, 15, 16), by means of which the relative position of the dosing head (11) and the device (12) for receiving a substrate can be changed, the Liquid (22) is dispensed by placing the tip (21) of the capillary (20) on the substrate (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmessser der Kapillare (20) zumindest im Bereich der Spitze (21) 1 μm bis 200 μm beträgt.2. Device according to claim 1, characterized in that the inner diameter of the capillary (20) is at least in the region of the tip (21) 1 μm to 200 μm.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (20) eine gezogene Glaskapillare ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the capillary (20) is a drawn glass capillary.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche oder/und die Innenfläche der Kapillare (20) mindestens im Bereich der Spitze (21) beschichtet ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outer surface and / or the inner surface of the capillary (20) is coated at least in the region of the tip (21).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (20) mit Polyimid beschichtet ist.5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the capillary (20) is coated with polyimide.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (20) außen und/oder innen hydrophob beschichtet ist.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the capillary (20) is coated hydrophobically on the outside and / or inside.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (20) innen und/oder außen hydrophil beschichtet ist.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the capillary (20) is coated hydrophilically on the inside and / or outside.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Inneren der Kapillare (20) steuerbar ist. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure inside the capillary (20) is controllable.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kapillaren (20) zu einem Array oder einer Matrix zusammengefaßt sind.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that several capillaries (20) are combined to form an array or a matrix.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage von Dosierkopf (11 ) und der Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats durch die Handhabungseinrichtung (14,15,16) in drei Koordinatenrichtungen änderbar ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the relative position of the dosing head (11) and the device (12) for receiving a substrate by the handling device (14, 15, 16) can be changed in three coordinate directions.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Drehwinkel von Dosierkopf (11) und der Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats durch die Handhabungseinrichtung (14,15,16) änderbar ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the relative angle of rotation of the dosing head (11) and the device (12) for receiving a substrate can be changed by the handling device (14, 15, 16).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenrich- tungen den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems entsprechen.12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the coordinate directions correspond to the axes of a Cartesian coordinate system.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage von Dosierkopf ( 1) und der Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats durch einen oder mehrere Kugelgewindeantriebe mit angeschlosse- nem Hybridschrittmotor änderbar ist.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the relative position of the dosing head (1) and the device (12) for receiving a substrate can be changed by one or more ball screw drives with connected hybrid stepper motor.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage von Dosierkopf (11) und der Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats durch einen oder mehrere piezo-gesteuerten Nanomotoren änderbar ist.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the relative position of the dosing head (11) and the device (12) for receiving a substrate can be changed by one or more piezo-controlled nanomotors.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Ermittlung der relativen Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats vorhanden sind.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that means for determining the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate are present.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung der relativen Lage von Dosierkopf und der Vorrichtung zur Aufnahme eines Substrats Maßstäbe aus Glas oder Metall sind, die mit einer optischen Abtasteinrichtung (26) zusammenwirken. 16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the means for determining the relative position of the dosing head and the device for receiving a substrate are standards made of glass or metal, which cooperate with an optical scanning device (26).
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (17) zur Steuerung der Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeit sowie der relativen Lage von Dosierkopf (11 ) und der Vorrichtung (12) zur Aufnahme eines Substrats vorhanden ist.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a control device (17) for controlling the absorption and dispensing of liquid and the relative position of the dosing head (11) and the device (12) for receiving a substrate is present.
18. Verfahren zur Aufnahme und Abgabe kleinster Flüssigkeitsmengen, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:18. Method for taking up and dispensing the smallest amounts of liquid, in particular using a device according to one of claims 1 to 17, characterized by the following method steps:
Befüllen einer Spitze einer Kapillare mit einer auf einem Substrat abzugeben- den Flüssigkeit,Filling a tip of a capillary with a liquid to be dispensed on a substrate,
Positionieren der Kapillare relativ zu dem Substrat, undPositioning the capillary relative to the substrate, and
Kontaktieren einer Oberfläche des Substrates mit der Spitze der Kapillare.Contact a surface of the substrate with the tip of the capillary.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spitze der Kapillare durch Eintauchen der Spitze in einen mit der Flüssigkeit gefüllten Behälter befüllt.19. The method according to claim 18, characterized in that the tip of the capillary is filled by immersing the tip in a container filled with the liquid.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Eintauchen der Spitze der Kapillare in den mit Flüssigkeit gefüllten Behälter der Druck im Inneren der Kapillare abgesenkt wird.20. The method according to claim 19, characterized in that simultaneously with the immersion of the tip of the capillary in the liquid-filled container, the pressure inside the capillary is reduced.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spitze der Kapillare über ihr der Spitze abgewandtes Ende befüllt.21. The method according to claim 18, characterized in that the tip of the capillary is filled over its end facing away from the tip.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Inneren der Kapillare erhöht wird, wenn die Spitze der Kapillare das Sub¬ strat kontaktiert. 22. The method according to any one of claims 18 to 21, characterized in that the pressure is increased inside the capillary, if the tip of the capillary the sub ¬ strat contacted.
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