專利名稱：微量液體的涂覆方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及例如作DNA(脫氧核糖核酸)順序比較同時分析用的微量液體的一種涂覆方法和裝置。
從先有技術即從Shena等人在《Science》(270期467～470頁，1995年)和Cheny等人在《Nature Genetics Supplement》(21期，15～19頁，1999年)發表的文章中已知，對許多同時平行進行的分析，必須把化學元素涂覆到表面上密布成一序列。
迄今為止，微量液體的涂覆是用下面簡單提及的一些方法中的一種來進行的。例如用“自來水筆”方法時，液量是用一個類似于鋼筆尖的工具涂覆到表面上的。這種方法的缺點是，涂覆的液量在很大程度上取決于既與工具又與表面有關的液體表面張力。所以涂覆的液量很難計量。雖然被涂覆的液體的潤濕性一般是已知的，但液體與工具的共同作用對最終要涂覆在表面上的液量的影響并非是不重要的。
根據涂覆液體的另一種方法，使用一個快速操作的閥來短時間打開并隨即重新關閉一根受壓力作用的管，從而把液滴涂覆到表面上。根據這種方法，很難產生具有很密的潤濕密度的分析矩陣；對打開并隨即重新關閉該壓力管所用的快速操作閥的技術要求是特別高的，特別是在要計量的液量的精度要求高時，尤其如此。
在噴墨打印器中，通常采用壓電傳感器。用這種壓電傳感器固然可很精確地計量很小的液量，但為此所需的技術費用則是很高的。具有集裝壓電元件的吸管尖非常昂貴，而且對機械作用非常敏感。
上面簡單述及的“自來水筆”方法的缺點是，用該方法涂覆的液量的波動幅度是很大的。而用一個快速操作的閥和最后提到的用壓電元件的這兩種方法的主要缺點則在于需要一個電動的計量噴射器來吸入被吸的液體。為此所需的技術費用是很高的。此外，還存在這樣的問題，即計量尖和吸管頭之間的連接軟管內的體積隨溫度以及由于軟管的運動而發生變化。
鑒于上述先有技術的缺點，本發明的目的是，顯著降低微量液體涂覆方法的儀器費用和精確計量用該涂覆方法涂覆的液量，以及保證在載體上形成高的涂層密度。
根據本發明，這個目的是通過一個吸管尖把微量液體涂覆到載體上的方法來實現的，該吸管尖與軟輸入管連接，以便在吸入液量時在該輸入管內產生體積增大并在涂覆液滴時在該輸入管上引起一個沖力，該沖力傳遞到位于其中的液量上。
根據本發明方法對應的一種裝置，是用一根毛細管來把微量液體涂覆到載體上，該毛細管與一根軟輸入管連接，該軟輸入管配置了一些可相互獨立操作的裝置來改變該輸入管的橫截面，其中在該輸入管上設置了一個產生沖力的錘，此錘的操作行程引起該輸入管的體積變化并可調節。
用本發明的解決方案所達到的優點是多方面的根據本發明的方法，可在不用昂貴的和對機械作用很敏感的壓電吸管頭的情況下，把精確計量的最小液量可重復地和順利地涂覆到載體和表面上；簡單的廉價的吸管尖在必要時容易更換；在一次吸入過程后，可在輸入管上傳遞多次沖力，所以可精確地涂覆較多的液滴密布成一序列。
根據本發明方法的其他改進，改變彈性輸入管的橫截面用的裝置作為擠壓閥構成，這些擠壓閥例如可用電磁方式進行操作。其中的一個擠壓閥在吸入過程中關閉并只有在輸入管吹洗時才打開，而剩下的那個擠壓閥則在吸入時打開，從而增大該彈性輸入管的內部體積，并可在該輸入管容納來自貯液容器的液量。為了進行浸入貯液容器的運動，可將吸管尖和軟輸入管裝在一根可上下運動的導軌上，該導軌完成吸管尖到貯液容器或到載體的進給運動。該導軌可用氣動、電動方式也可用電磁方式實現運動。
為了確定要吸入的液量，可在引起這個液量改變橫截面的裝置上設置一個可調節的定位器，用它來調節引起吸入過程的調節行程。要涂覆的液量為100皮升(10-12升)和1微升之間的范圍，最好為500皮升和10納升(10-9升)之間的范圍。為此，必須要求液滴的高精度和可重復的計量性。
在把微量液體涂覆到載體上時，軟輸入管的一端被一個改變橫截面的裝置封閉，并用一個可操作的錘來把沖力作用到該軟輸入管上。該錘可用電磁方式也可用氣動方式操作，還可用電磁鐵預拉緊一個彈簧的機械方式來操作。在傳遞沖力部位的區域內，軟輸入管嵌入一個緊固件中，該緊固件具有一個包住該軟輸入管的孔，通過相當于該錘的可預先設定的一個操作行程的錘的沖力來擠壓軟輸入管，并用吸管尖把一個相當于由該沖力引起的體積變化計量的液滴分離到載體上。用一個可調的定位器通過調節元件可調節由該沖力產生的軟輸入管內的體積變化。
在通過產生的沖力排空該軟輸入管后，可打開擠壓閥，使清洗液體在壓力作用下流入軟輸入管和吸管尖達到清洗目的。隨即將吸管頭移入一個清洗位置，并將清洗介質重新排放出去。
作為吸管尖用的具有極小排出口的玻璃毛細管可通過該毛細管的一端上進行加熱來制成，其中作為熱屏蔽可用一塊設置有一個孔的金屬板。在加熱過程中，該毛細管不斷轉動，所以它被均勻加熱直到軟化。由于玻璃的表面張力而可縮小毛細管的孔。為了達到一定的表面張力，該玻璃毛細管可完全或部分例如用硅烷涂敷。
下面結合附圖來詳細說明本發明的方法和相應的裝置。
附圖表示
圖1 涂覆微量液體用的本發明裝置的側視圖。
圖2 改變軟輸入管的橫截面用的一種裝置的視圖。
圖1表示涂覆微量液體用的本發明裝置。一個實施為玻璃毛細管的吸管尖1插入一根例如設計為彈性軟管的軟輸入管2的敞口端中。軟輸入管2的另一端可在需要時與一個在壓力作用下的清洗液容器3連接，在該容器中插入一根吸入管16，通過該吸入管可把清洗介質沿虛線所示的箭頭引入被清洗的軟輸入管2中。為此，吸管尖1移入一個清洗位置，在該清洗位置內，清洗介質在吸入過程之前重新離開軟輸入管2。
為了吸入以最小計量涂覆到載體13上的被涂覆的液滴23的液量，例如可關閉第一個擠壓閥4。該閥在擠壓錐體21和對置的錐體22之間壓縮軟輸入管2的橫截面2.2，從而關閉該輸入管2。這時，首先壓縮輸入管2的第二個擠壓閥5打開，而毛細管1則浸入一個在圖中未示出的貯液容器中。通過擠壓錐體19從對置錐體20返回，設計為彈性毛細軟管的軟輸入管2增大它的內部體積，從而可吸入液量。用一個與擠壓閥5對應的可調定位器24可以調節在軟輸入管中容納的待吸入的液量。
在吸入過程結束后-軟輸入管2現在具有了液體儲量-，軟輸入管2連同裝在其上的吸管尖1通過軌道14沿雙箭頭17的運動而從貯液容器中移出并移到載體13上方的圖1所示位置。裝載著輸入管2連同吸管尖1的軌道14的運動可用氣動、電動或電磁方式來實現。
軟輸入管2用可彈性變形的材料制成，管的壁厚2.1限定一個橫截面2.2，在這個橫截面中現在裝有從貯液容器中吸取的事先設定的液量。在圖1中，在軌道14和擠壓閥5之間設置了一個錘6，在所示實施例中，此錘可用電磁方式操作。它也可用氣動、液壓進行操作，還可通過彈簧預緊進行操作。用錘狀元件6在軟輸入管上傳遞一個沖力-第一擠壓閥4關閉-，該沖力被傳遞到軟輸入管2的內部含有的液體儲量上，于是一個液滴23即可通過吸管尖1涂覆到載體13的表面上。根據輸入管2中儲備的液量的多少而可在輸入管2上產生多個沖力來把許多液體23涂覆到載體表面13上，直至輸入管2內含有的液體儲量被用完為止。
為了計量以依次涂覆的形式達到載體表面13上的微量液體，下面參照圖2來進行說明。
此圖表示一種用來改變軟輸入管的橫截面的裝置。
作用到軟輸入管2上的沖力例如可用一個在此圖中示出的可調定位器25進行調節。在緊固件8中設置了一個包圍住軟輸入管2的孔7。在緊固件8中設置了一個縫隙形的槽，該槽向上擴大并從緊固件8的插口隔開可調節的定位器25。把該沖力傳遞到軟輸入管2上的一個裝置10的錘頭6位于可調節定位器25的對面。該裝置例如可以做成電磁鐵，該電磁鐵的操作電流可通過一個控制裝置11按一個有利的范圍供給。用控制裝置11例如也可調節沖力頻率。此外，在緊固件8中有一個定位螺釘9，該螺釘確定可由錘頭6操作的可調定位器25的操作行程，并由此限定輸入管2的橫截面2.2的變形和體積變化。所以液滴23可最精確地計量；在本實施例中，可計量的液量為100皮升和1微升之間或500皮升和10納升之間，視使用場合而定。用這種方法可按最簡單的方式可重復地計量極少的液量并將其順利地涂覆到載體13的表面。從而取消了技術復雜的壓電吸管頭。現在涂層密度只與載體進給以及毛細管和軟管的直徑有關，并可在較大的范圍內調節。
吸管尖1作為玻璃毛細管是特別容易制作并可很簡單地插入輸入管2的敞口端中。所以玻璃毛細管1容易更換，從而可快速地改裝吸管裝置，并可快速地為要涂覆到載體13上的稍大一些的液量配置較大直徑的吸管尖1。吸管尖1可簡單地通過玻璃毛細管的加熱例如通過煤氣火焰或別的熱源來產生。可用一個設有一個孔的金屬板形式的適當的熱屏蔽來限制熱只供到毛細管1的最外端上。在加熱過程中，毛細管1的最外端最好不斷轉動，以保證均勻的熱分布。為了測量玻璃毛細管的孔徑，在制作過程中最好用一個攝像裝置。
最后，為了產生確定的表面張力，玻璃毛細管1可涂敷一種能適當影響表面張力的材料例如硅烷。毛細管1用適當的硅烷涂敷可在與液量接觸的整個表面上進行，或只在其中的一部分例如只在毛細管的外表面上進行。
除了用錘6進行沖力的電磁釋放外，用預緊的彈簧來釋放沖力也是同樣可行的。彈簧本身可用一個電磁鐵預張緊，并根據要涂覆的液滴23的排出頻率進行釋放。為了導軌14在垂直方向17的運動，除了已經述及的傳動種類外，也可用電動傳動。電動傳動同樣可用于載體13相對于固定安裝的并可上下運動的吸管尖1的進給，或用于吸管尖1相對于一個固定安裝的載體13的進給。通過從吸管尖1到載體13和相反的進給距離的調節，可精確地預先確定液滴23在載體表面13上的涂層密度，所以可進行DNA的順序比較用的同時分析或蛋白質化合分析。用本發明提出的方法和裝置同樣可很好地進行催化劑的最佳化。
當然，同樣可連接多個圖1所示的涂覆裝置，以便在載體的更大范圍用均勻的涂層密度，但不同的液滴進行潤濕。每個這樣的涂覆裝置都可配置一個單獨的貯液容器，所以可將一定的涂覆液體用于相應的分析目的。
零件表1毛細管2輸入管2.1 壁厚2.2 橫截面3 清洗液容器4 軟管擠壓閥5 第二擠壓閥6 錘7 孔8 緊固件9 調節螺釘10 電磁鐵11 操作電流12 清洗介質13 載體14 導軌15 壓力輸入管接頭16 管17 進給方向18 錘6的鐵砧19 擠壓錐體20 對置錐體21 擠壓錐體22 對置錐體23 液滴24 吸入用的可調定位器25 緊固件8上的可調定位器
權利要求
1.用一個與一根軟輸入管(2)連接的吸管尖(1)來把微量液體涂覆在一個載體(13)上的方法，其特征為，為了吸入液量，在輸入管(2)中產生體積增大，并為了涂覆液滴(23)，在該輸入管上引起一個沖力，該沖力傳遞到其中所含的液量上。
2.按權利要求1的方法，其特征為，軟輸入管(2)配置有改變其橫截面的裝置(4，5)。
3.按權利要求2的方法，其特征為，裝置(4，5)為擠壓閥。
4.按權利要求1的方法，其特征為，為了吸入一定的液量，其中的一個裝置(4，5)打開，以改變輸入管(2)的橫截面。
5.按權利要求1的方法，其特征為，把吸管尖(1)浸入一個貯液容器中來吸入一定的液量。
6.按權利要求5的方法，其特征為，一條容納著吸管尖(1)的軌道(14)可沿進給方向(17)運動。
7.按權利要求6的方法，其特征為，導軌(14)的運動可用汽車、電磁或電動的方式來實現。
8.按權利要求2的方法，其特征為，為了確定要吸入的液量，在吸入時用來改變橫截面的打開的裝置(5)上設置了一個可調的定位器(24)。
9.按權利要求1的方法，其特征為，涂覆的液量為100皮升和1微升之間的范圍，最好為500皮升和10納升之間的范圍。
10.按權利要求1的方法，其特征為，在微量液體的涂覆過程中，輸入管(2)通過一個改變橫截面的裝置(4)進行關閉。
11.按權利要求1的方法，其特征為，傳遞到位于輸入管(2)內的液量上的沖力是用一個電磁或氣動操作的錘(6)來產生的。
12.按權利要求1的方法，其特征為，該沖力通過一個可調節定位器(25)傳遞到輸入管(2)上，該定位器的操作行程是可調的。
13.按權利要求12的方法，其特征為，確定液滴(23)的體積的該操作行程可用一個調節元件(9)進行改變。
14.用一根與軟輸入管(2)連接的毛細管(1)來把微量液體涂覆到一個載體(13)上的裝置，其特征為，軟輸入管(2)配置了兩個相互可獨立操作的裝置(4，5)來改變該輸入管(2)的橫截面，且配置了一個錘(6)來朝該輸入管(2)作用一個沖力，該錘引起輸入管(2)體積變化的操作行程是可調的。
15.用于涂覆微量液體的吸管尖(1)的制造方法，其特征為，用一種熱源加熱玻璃毛細管的一端來產生一個窄的噴嘴。
16.按權利要求15的方法，其特征為，為了限制熱輸入，只在毛細管(1)的最外端上用一個熱屏蔽。
全文摘要
本發明涉及一種用一個與軟輸入管(2)連接的吸管尖(1)來把微量液體涂覆到一個載體(13)上的方法。為了吸入液量,在輸入管(2)中產生體積增大,并為了涂覆液滴(23),在該輸入管上引起一個沖力,該沖力傳遞到其中所含的液量上。
文檔編號B01J19/00GK1373687SQ00809611
公開日2002年10月9日 申請日期2000年4月18日 優先權日1999年4月27日
發明者H·埃佩爾, S·埃米格, S·豪爾, W·維沙爾 申請人:Basf公司