Приспособление для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложки

 

Приспособление предназначено для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложек из различных материалов для проведения множественного параллельного анализа различных биологических образцов. Приспособление содержит набор гибких капиллярных трубок (1), закрепленных на верхней плите (2) опорного средства и свободно размещенных в отверстиях нижней плиты (3) опорного средства и в каналах многоканальной воронки (7), прижатой посредством крепежных средств к нижней плите опорного средства. Многоканальная воронка выполнена в виде тела, образованного двумя параллельными основаниями, имеющими форму геометрически подобных плоских фигур, и боковой поверхностью, при этом в теле воронки выполнено множество соединяющих основания каналов (8), ось каждого из которых имеет вид плавной кривой с точкой перегиба в средней части и пересекает плоскости оснований под прямым углом. Верхняя и нижняя плиты опорного средства соединены между собой с возможностью встречного перемещения и дополнительно связаны между собой гармошкой (5) с перемычками (6), ориентированными параллельно плитам и имеющими отверстия для свободного прохода через них капиллярных трубок. Приспособление дополнительно снабжено переходником, выполненным в виде жестко соединенных между собой двух параллельных пластин с отверстиями, причем одна из пластин приспособлена для крепления ее на нижней плите опорного средства и расположение отверстий в ней совпадает с расположением каналов на большем основании многоканальной воронки. На другой пластине переходника отверстия расположены так, чтобы они соответствовали расположению лунок микротитровальной плашки, при этом между пластинами размещены трубки, соединяющие отверстия в одной пластине с отверстиями в другой пластине. Приспособление сочетает в себе простоту, надежность и высокую производительность при нанесении на подложку массивов микрокапель большого количества неповторяющихся растворов. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. Фиг.2

Полезная модель относится к области молекулярной биологии, биоорганической химии и предназначено для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложек из различных материалов для проведения множественного параллельного анализа различных биологических образцов.

Применяемые в настоящее время устройства для нанесения массивов микрокапель можно разделить на две группы в зависимости от способа переноса раствора на подложку: устройства с использованием бесконтактного способа и устройства с использованием контактного способа.

Устройства с использованием бесконтактного способа нанесения массивов микрокапель по существу используют принцип, применяемый в струйных принтерах: для переноса раствора и создания микрокапли используется либо пьезоэлектрический привод (например, устройство "Microdrop Dispenser Heads", выпускаемое фирмой Microdrop Technologies GmbH, http://www.microdrop.com/wDeutsch/products/14_04-2006-e%20MD-Heads.pdf; или устройство, выпускаемое фирмой Perkin Elmer, Inc. (2003), "Specifications Sheet", Piezorray, flexible Non-Contact Microarraying System, http://las.perkinelmer.com/Content/RelatedMaterials/006935-Piezorray-SpecificationsSheet.pdf), либо перенос раствора осуществляется путем подачи избыточного давления в резервуар, соединенный с печатающим соплом, на котором установлен высокоскоростной электромагнитный клапан (устройство "synQUAD" фирмы Genomic Solutions, http://www.genomicsolutions.com//files/synQUAD.pdf).

Достоинствами данных устройств являются высокая скорость печати (потенциально до 1000 микрокапель в секунду и выше), высокая емкость резервуара с раствором и отсутствие механического контакта с поверхностью подложки.

Однако эти устройства содержат ограниченное количество печатающих элементов в печатающей головке (от 1 до 16 в зависимости от фирмы). Кроме того, физические свойства растворов, такие как вязкость, плотность и т.п. существенно влияют на качество печати (могут появляться пропуски в печати, ухудшение повторяемости траектории полета капли, появление сателлитов).

Устройства, использующие контактный способ нанесения массивов микрокапель, выпускаются фирмами Genomic Solutions Ltd (устройство "MicroGrid. A High Throughput Automated Microarrayer", http://www.genomicsolutions.com/ files/Genomics/MicroGrid_071404.pdf), Genetix Ltd (устройство "QArray2", http://www.genetix.com/instr/qarray2.asp), Bio-Rad Laboratories, Inc (устройство, "VersArray ChipWriter Pro Systems", http://www.bio-rad.com). Эти устройства представляют собой 3-х координатную систему, позиционирующую печатающую головку над подложками, уложенными на столе устройства. Печатающие головки этих устройств во многом схожи и используют принцип контактной печати. Основной элемент головки - это вертикально расположенный капиллярный стержень, называемый «пином» (или массив стержней количеством до 48 штук; шаг массива соответствует шагу лунок в стандартной микротитровальной плашке - обычно 4,5 мм), который предназначен для переноса небольшого количества раствора из стандартной микротитровальной плашки на подложку. Цикл нанесения одной микрокапли включает в себя несколько следующих друг за другом этапов: а) позиционирование пина над лункой плашки; б) окунание пина в раствор, содержащийся в лунке; в) подъем пина с набранным раствором из лунки; г) позиционирование пина над подложкой; д) опускание пина до соприкосновения с подложкой; е) подъем пина; ж) позиционирование пина над отмывочным устройством; з) промывка пина; и) подъем пина. Если печатающая головка содержит несколько пинов, то указанные этапы осуществляются одновременно для всех пинов.

В зависимости от конструкции пина этапы а)-е), либо г)-е), могут повторяться циклически до 100 раз. Этапы ж), з), и) осуществляются при переходе к нанесению следующего раствора для исключения контаминации.

Иногда пины отмывают последовательно в нескольких устройствах отмывки (сушки), при этом на каждое устройство добавляются по 3 этапа, аналогичных ж), з), и).

Достоинством рассмотренных устройств, использующих контактный способ нанесения массивов микрокапель, является простота конструкции.

Однако такой способ нанесения микрокапель обладает низкой производительностью. При использовании однопиновой системы за стандартную рабочую смену можно напечатать не более 300 массивов микрокапель размерностью 10×10. Для повышения производительности увеличивают количество пинов на головке нанесения (до 48 штук), что ведет к существенному удорожанию устройства. Кроме того, при использовании многопиновой печатающей головки не удается добиться

компактности массива микрокапель на подложке. Это обстоятельство связано с шагом массива пинов на печатающей головке. Например, при использовании 48-ми пиновой печатающей головки с шагом пинов 4,5 мм, массив микрокапель размерностью 4×12 (до 48 различных растворов) будет занимать площадь 13,5×49,5 мм. Для создания компактного массива, например, 4,5×4,5 мм многопиновая печатающая головка неприемлема.

Полезная модель направлена на решение задачи создания устройства, способного сочетать в себе простоту, надежность и высокую производительность при нанесении на подложку массивов микрокапель большого количества неповторяющихся растворов.

Указанная задача решается за счет того, что приспособление для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложки, содержащее набор капиллярных стержней и опорное средство с отверстиями для размещения и фиксации в них капиллярных стержней, имеющее возможность крепления к позиционирующему 3-х координатному механизму, снабжено многоканальной воронкой, выполненной в виде тела, образованного двумя параллельными основаниями, имеющими форму геометрически подобных плоских фигур, и боковой поверхностью, при этом в теле воронки выполнено множество соединяющих основания каналов, ось каждого из которых имеет вид плавной кривой с точкой перегиба в средней части и пересекает плоскости оснований под прямым углом, при этом многоканальная воронка посредством крепежных средств прижата своим большим основанием к опорному средству, а капиллярные стержни выполнены в виде гибких капиллярных трубок, свободно размещенных в каналах многоканальной воронки.

При этом опорное средство выполнено в виде двух плит, соединенных между собой с возможностью встречного перемещения, причем диаметр отверстий в плите, к которой прижата многоканальная воронка, превышает наружный диаметр капиллярных трубок, при этом плиты дополнительно связаны между собой гармошкой с перемычками, ориентированными параллельно плитам и имеющими отверстия для свободного прохода через них капиллярных трубок.

Кроме того, приспособление может быть снабжено переходником, выполненным в виде жестко соединенных между собой двух параллельных пластин с отверстиями, причем одна из пластин приспособлена для крепления ее на опорном средстве и расположение отверстий в ней совпадает с расположением каналов на большем основании многоканальной воронки, а на другой пластине отверстия

расположены так, чтобы они соответствовали расположению лунок микротитровальной плашки, при этом между пластинами размещены трубки, соединяющие отверстия в одной пластине с отверстиями в другой пластине.

Наличие в приспособлении съемной многоканальной воронки с каналами и выполнение капиллярных стержней в виде гибких капиллярных трубок, свободно размещенных в каналах многоканальной воронки, позволяет формировать компактный массив микрокапель различной конфигурации и обеспечивать возможность заполнения капиллярных трубок из стандартной микротитровальной плашки.

Выполнение опорного средства в виде двух плит, соединенных между собой с возможностью встречного перемещения и связанных между собой гармошкой с перемычками, имеющими отверстия для свободного прохода капиллярных трубок, значительно упрощает процесс формирования печатающей головки и позволяет его автоматизировать. При этом наличие в приспособлении переходника значительно облегчает и ускоряет процесс заполнения капиллярных трубок из стандартной микротитровальной плашки.

Выполнение приспособления для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложки поясняется подробным его описанием и прилагаемыми чертежами.

Приспособление для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложки поясняется подробным его описанием и прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 представлено схематичное изображение приспособления непосредственно перед нанесением микрокапель на подложку, вид сбоку в разрезе;

на фиг.2 - схематичное изображение приспособления после нанесения микрокапель и перед заполнением капиллярных трубок раствором, вид сбоку в разрезе;

на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.1;

на фиг.4 - сечение по Б-Б на фиг.1;

на фиг.5 - схематичное изображение приспособления перед заполнением капиллярных трубок раствором, вид сбоку в разрезе;

на фиг.6 - схематичное изображение приспособления в процессе заполнения капиллярных трубок раствором.

Приспособление для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложки содержит набор капиллярных стержней, выполненных в виде гибких капиллярных трубок 1, и опорное средство, выполненное в виде двух плит 2 и

3, соединенных между собой посредством направляющих 4 и гармошки 5 с перемычками 6. Верхняя плита 2 приспособлена для крепления ее к позиционирующему 3-х координатному механизму (условно не показан). В перемычках 6 выполнены отверстия для свободного прохода через них капиллярных трубок 1. Гармошка 5 изготовлена из гибкого материала, например, полипропилена. Капиллярные трубки 1 представляют собой гибкие цилиндрические или конические трубки из полипропилена. Внутренняя полость трубки пригодна для заполнения раствором. Один из торцов трубки (меньший в случае конического капилляра) является печатающим. Капиллярные трубки 1 зафиксированы в верхней плите 2, а в нижней плите 3 и в перемычках 6 выполнены отверстия для свободного прохода через них капиллярных трубок 1. К нижней плите 3 опорного средства прижата посредством крепежных средств (условно не показаны) многоканальная воронка 7. Крепежные средства для прижатия многоканальной воронки 7 к нижней плите 3 могут быть выполнены различным образом (например, резьбовыми), единственное дополнительное требование к ним (кроме обеспечения надежного прижатия воронки к плите) заключается в необходимости обеспечения возможности отсоединения многоканальной воронки 7 от нижней плиты 3 опорного средства. Многоканальная воронка 7 выполнена в виде тела, образованного двумя параллельными основаниями, имеющими форму геометрически подобных плоских фигур, например, правильных шестиугольников, и боковой поверхностью. В теле многоканальной воронки выполнено множество соединяющих основания каналов 8, ось каждого из которых имеет вид плавной кривой с точкой перегиба в средней части и пересекает плоскости оснований под прямым углом. Многоканальная воронка 7 может быть выполнена путем спекания и вытягивания собранных в пучок стеклянных трубок подходящего диаметра. Преимущественно количество стеклянных трубок составляет 127 штук (для упрощения изображенная на фигурах многоканальная воронка изображена с 37 каналами), а пучок трубок имеет в поперечном сечении форму правильного шестиугольника. Для регулировки величины выступания печатающего торца каждой из капиллярных трубок 1 относительно печатающего торца многоканальной воронки 7 предусмотрены стальные винты 9 со сквозными отверстиями, в которые вставлены и зафиксированы капиллярные трубки 1. Регулировка происходит путем вращения винта. Опорное средство, капиллярные трубки и многоканальная воронка образуют печатающую головку приспособления.

Приспособление также содержит переходник, выполненной в виде в виде жестко соединенных между собой посредством стоек 10 двух параллельных пластин 11 и 12 с отверстиями, причем верхняя пластина 11 приспособлена для крепления ее на нижней плите 3 опорного средства. Расположение отверстий в пластине 11 совпадает с расположением каналов 8 на большем основании многоканальной воронки 7, а на другой пластине отверстия расположены так, чтобы они соответствовали расположению лунок 13 микротитровальной плашки 14, при этом между пластинами 11 и 12 размещены полимерные трубки 15, соединяющие отверстия в пластине 11 с отверстиями в пластине 12.

Процесс сборки печатающей головки приспособления заключается в закреплении многоканальной воронки 7 на нижней плите 3 опорного средства таким образом, чтобы соответствующие отверстия в плитах 2 и 3, гармошке 5 и в большем основании многоканальной воронки 7 были бы соосны. Затем капиллярные трубки 1 вставляются в эти отверстия. При этом плиты 2 и 3 опорного средства максимально приближены одна к другой, и гармошка 5 сжата. Вращением винтов 9 добиваются того, чтобы печатающие торцы всех капиллярных трубок немного выступали относительно меньшего основания многоканальной воронки и лежали в одной плоскости. Установка и регулировка капиллярных трубок в основном осуществляется только один раз в течение всего срока службы изделия, в процессе работы может лишь потребоваться регулировка отдельных капиллярных трубок.

После сборки печатающей головки и заполнения ее растворами (фиг.1) она подводится позиционирующим 3-х координатным механизмом (условно не показан) к подложке 16. При опускании печатающей головки наступает соприкосновение торцов капиллярных трубок 1 с поверхностью подложки 16, При этом раствор смачивает поверхность подложки в месте контакта. При отведении печатающей головки в исходное положение часть раствора остается на поверхности подложки, образуя массив микрокапель.

Для заполнения капилляров растворами плиты 2 опорного средства раздвигаются по направляющим 4 до выхода капиллярных трубок 1 из многоканальной воронки 7 (фиг.2). Затем многоканальная воронка 7 отсоединяется от нижней плиты 3 опорного средства, а на ее место устанавливается переходник так, чтобы отверстия в верхней пластине 11 совпали с отверстиями в нижней плите 3 опорного средства. На верхнюю плиту 2 опорного средства устанавливается колпак 17, соединенный с вакуумным насосом для создания разряжения в полости над верхними торцами

капиллярных трубок. К переходнику со стороны нижней пластины 12 присоединяется микротитровальная плашка 14, лунки 13 которой заполнены растворами (фиг.5). Затем плиты 2 и 3 опорного средства сближаются, сжимая гармошку 5, в результате чего капиллярные трубки 1, направляемые трубками 15 переходника, входят в лунки 13 микротитровальной плашки 14 (фиг.6). Для заполнения капиллярных трубок растворами достаточно создать соответствующее высоте поднятия растворов разряжение внутри колпака.

Помимо заполнения капиллярных трубок растворами данная конструкция позволяет осуществлять слив растворов из них (при этом внутри колпака 17 создается избыточное давление), а также обеспечивает возможность промывки капиллярных трубок.

1. Приспособление для нанесения массива микрокапель различных растворов на поверхность подложки, содержащее набор капиллярных стержней и опорное средство с отверстиями для размещения и фиксации в них капиллярных стержней, имеющее возможность крепления к позиционирующему 3-х координатному механизму, отличающееся тем, что оно снабжено многоканальной воронкой, выполненной в виде тела, образованного двумя параллельными основаниями, имеющими форму геометрически подобных плоских фигур, и боковой поверхностью, при этом в теле воронки выполнено множество соединяющих основания каналов, ось каждого из которых имеет вид плавной кривой с точкой перегиба в средней части и пересекает плоскости оснований под прямым углом, при этом многоканальная воронка посредством крепежных средств прижата своим большим основанием к опорному средству, а капиллярные стержни выполнены в виде гибких капиллярных трубок, свободно размещенных в каналах многоканальной воронки.

2. Приспособление по п.1, отличающееся тем, что опорное средство выполнено в виде двух плит, соединенных между собой с возможностью встречного перемещения, причем диаметр отверстий в плите, к которой прижата многоканальная воронка, превышает наружный диаметр капиллярных трубок, при этом плиты дополнительно связаны между собой гармошкой с перемычками, ориентированными параллельно плитам и имеющими отверстия для свободного прохода через них капиллярных трубок.

3. Приспособление по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено переходником, выполненным в виде жестко соединенных между собой двух параллельных пластин с отверстиями, причем одна из пластин приспособлена для крепления ее на опорном средстве и расположение отверстий в ней совпадает с расположением каналов на большем основании многоканальной воронки, а на другой пластине отверстия расположены так, чтобы они соответствовали расположению лунок микротитровальной плашки, при этом между пластинами размещены трубки, соединяющие отверстия в одной пластине с отверстиями в другой пластине.



 

Похожие патенты:

Рольганг // 98180

Плиты для облицовки и перекрытия каналов относятся к гидротехническому строительству, в частности к возведению противофильтрационных покрытий каналов и водоемов из листовых полимерных материалов, уложенных на грунтовое основание.
Наверх