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JP2002537979A - デュアルマニホールドシステム及び液体平行移送方法 - Google Patents

デュアルマニホールドシステム及び液体平行移送方法

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JP2002537979A
JP2002537979A JP2000602395A JP2000602395A JP2002537979A JP 2002537979 A JP2002537979 A JP 2002537979A JP 2000602395 A JP2000602395 A JP 2000602395A JP 2000602395 A JP2000602395 A JP 2000602395A JP 2002537979 A JP2002537979 A JP 2002537979A
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ユーティ―バテル エルエルシー
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Abstract

(57)【要約】 マイクロタイタープレートから一体化された生物センサを有する固相マイクロ電子デバイスに対する液体試薬の迅速な平行移送のためのデュアルマニホールドアッセンブリが提供される。このアッセンブリは、複数のコンジットにより連結された吸入マニホールド及び塗布マニホールドを有する。操作において、吸入マニホールドは、マイクロタイタープレートの試薬を満たしたウェルのアレイ上に載置されるようにして作動される。ウェルは、試薬をコンジットを介して塗布マニホールドまで押し出すように加圧される。標準的インクジェットプリントヘッドにより与えられる圧力パルスはナノメータからピコメータの試薬の液滴を、プリントヘッドオリフィスのアレイを介し、マイクロ電子デバイス表面上にあるテストサイト上に噴出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （政府が出資した研究又は開発に関する記載） 本発明は、契約ＤＥ−ＡＣ０５−９６ＯＲ２２４６４に基づいて米国エネルギ
ー省からロッキードマーティンエナジーリサーチコーポレーション（Ｌｏｃｈｅ
ｅｄ Ｍａｒｔｉｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ）に授与された政府の援助によってなされたものであり、米国政府が本発明に
ついて確実な権利を有する。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は支持基板上に生物学的サンプルのマイクロアレイを作製するための装
置及び方法一般に関する。より詳細には、大規模なスクリーニングアッセイのた
めの、テスト基板に対する試薬の迅速な平行移送のためのデュアルマニホールド
システムに関する。
【０００３】 （発明の背景） 臨床化学においては、ターゲットに対して分析液の定量塗布を行う必要が頻繁
に生じる。本発明に特に関係する例は、例えばチップベースの生物センサのよう
に、生物材料がマイクロ電子デバイスに一体化されている分析素子に対する分析
液の塗布である。近年急速な技術進歩によって、多様な種類の分析を行うべく、
マイクロスケールの化学／臨床化学の反応を利用することが可能となった。例え
ば、遺伝子センサのようなＤＮＡマイクロアレイにより、一辺が約０．６４ｃｍ
（１／４インチ）より小さいマイクロ電子テストチップ上の何千ものサンプルを
同時に評価することが可能になる。このようなチップ上の典型的なテストサイト
は、直径が約１００ミクロン（μｍ）程度である。チップベースの生物センサの
従来技術による適用には、突然変異分析、生物の識別、及び遺伝子発現プロファ
イリングが含まれる。さらに近年の用途においては、例えば医薬品創製のための
化合物の平行スクリーニングや、機能分析のためのタンパク質アレイが近い将来
日常的になるであろう。
【０００４】 ターゲット基板上の生物材料アレイに塗布、又は「マイクロスポット」するた
めの公知の液体輸送システムは、一般的にピックアンドプレイス装置を有する。
ピックアンドプレイス塗布システムは一般的に、液体源から様々な体積の液体を
ターゲット基板に移送することに適合する塗布ヘッドを有する。所定の分量の液
体を持ち上げ、移送し、付着させることに要する時間は、マイクロスポット用ピ
ックアンドプレイスシステムの効率を相当に制限する。この効率性の欠如は、タ
ーゲット基板が数百、或いはさらには数千ものテストサイトを有する場合にさら
に言及されるものである。マイクロスポット用ピックアンドプレイスシステムの
効率性を向上させる努力がなされてきた。例えば、複数のサンプル体積を同時に
採取し、移動し、付着させるようにシステムが適合されてきた。しかし、塗布ヘ
ッドの移動に要する時間はこのようなシステムに相当の制約を残している。
【０００５】 さらに、例えば塗布ヘッドのような個々のシステム部品の移動に関する多様な
自由度は、ターゲット基板上に付着されるサンプルの位置精度を相当に制限する
。装置が接触塗布（即ち、システムの塗布エレメントが液体の移送を行う際にタ
ーゲット基板に物理的に接触する場合）に適する場合は、このような制限はさら
に増長される。特に、塗布チップの変形は、サンプル間隔を不規則にし、場合に
よっては隣接するテストサイトを互いに汚染する。
【０００６】 部分的には上記の制限によって、従来のピックアンドプレイス塗布システムの
位置精度及び液体移送容積容量は、発展した用途のうちの多くの要求を満たすこ
とができない。より高度に微細化したマイクロアレイを構築するには、テストサ
イトアレイ密度の増加を要する。このような密度増加を実現するためには、サン
プルのスポットサイズ及びスポットピッチ（即ち隣接する付着物間の中心から中
心までの距離）の減少が必要になる。このような微細化を達成するためには、ピ
コリットル単位の体積を有する化学又は臨床化学試薬の液滴を正確かつ効率的に
付着させる能力を有する液体輸送システムが必要となる。
【０００７】 ピコリットル単位の体積の液体を塗布するための技術は存在するが、主にイン
クジェット印刷の分野に限定されてきた。多数のドロップオンデマンド式インク
ジェットの着想及び装置が、１９７０年代や１９８０年代に発明され、開発され
、製造された。インクジェットバルブやプリントヘッドの作製を含む、最新技術
のドロップオンデマンド式インクジェット印刷技術の詳細かつ包括的な概要は、
「インクジェット印刷における進歩及びトレンド」と題される、フー・Ｐ・リー
（Ｈｕｅ Ｐ．Ｌｅ）による文献により与えられる。（Jou rnal of Imaging Sc
ience and Technology, Volume 42, Number 1, pp.49-62(1998)）
【０００８】 ピコリットル単位の体積を有する試薬サンプルのマイクロアレイをテスト基板
上に正確かつ効率的に移送し、塗布し、又は印刷するための装置及び方法に対す
る明確な需要がある。公知のドロップオンデマンド式インクジェット印刷技術を
導入し、化学、及び／又は臨床化学試薬の塗布に特に適するような、大規模な化
学／臨床化学スクリーニングアッセイを行うためのマイクロアレイ印刷装置を有
することが望ましい。
【０００９】 （発明の概要） 本発明の目的は、貯蔵器のアレイからターゲット基板上のサイトのアレイまで
正確かつ効率的に液体試薬を移送する能力を有する液体移送装置を提供すること
にある。
【００１０】 本発明の他の目的は、約１０-12〜１０-6リットルの範囲の体積を有する液体
試薬を正確かつ効率的に塗布する能力を有する液体移送装置を提供することにあ
る。
【００１１】 本発明の他の目的は、操作中に最小限に装置を移動してこのような試薬の移送
を行う能力を有する液体移送装置を提供することにある。 本発明の他の目的は、非接触塗布を採用する液体移送装置を提供することにあ
る。
【００１２】 本発明の他の目的は、液体移送装置、及び大規模なスクリーニングアッセイを
行うべく、複数の分析チップを連続的に自動印刷すること、或いはマイクロスポ
ットすることに適する方法を提供することにある。
【００１３】 これら及び他の目的は、本発明の装置及び方法により達成される。簡単には、
本発明によると、デュアルマニホールドアッセンブリは通常、吸入マニホールド
１０、塗布マニホールド２０、及びこれらの間の液体の平行移送用の液体移送エ
レメント８０を有する。この装置及び方法は、多様な液体の多様なターゲット基
板に対する移送としての使用に適用可能であるが、本発明の好適な実施形態にお
いて、装置はマイクロタイタープレートのウェルのアレイからチップベースの生
物センサのテストサイトアレイに化学又は臨床化学試薬を移送することに特に適
する。
【００１４】 吸入マニホールド１０は、例えばマイクロタイタープレートのようなソースプ
レート５０の上方に位置し、貯蔵器５２のアレイから、例えば化学試薬のような
液体を同時に吸入することに適する。本発明の好適な実施形態において、吸入マ
ニホールドはベースプレート１７を貫通し、試薬を満たしたウェル５２のアレイ
への収容に適合する吸入マニホールドサブアッセンブリのアレイを有する。吸入
マニホールドがマイクロタイタープレート５０上に載置されると、ウェルへの、
及びウェルからの液体の連通をウェルの内部に延伸するコンジット１２，１４に
限定するべく、各サブアッセンブリは１つのウェルを密閉する。操作において、
各ウェルはコンジット１２を介して圧力源４０により加圧され、この加圧はコン
ジット１４を介して液体５４を塗布マニホールド２０に向けて推進する。本発明
の代替の実施形態において、吸入マニホールドは動作中にはマイクロタイタープ
レート５０の外周を密閉するガスケットエレメント２３を有し、ウェルを個々に
加圧する必要性を排除している。この代替の実施形態において、ウェル５２の加
圧はベースプレート１７を貫通する単一の圧力コンジット１２を介して達成され
る。
【００１５】 本発明の好適な実施形態において、複数の吸入コンジットはモジュラーコネク
タ９０を介してアッセンブリの塗布マニホールド側と連通する。一般的に、モジ
ュラーコネクタは、メス型部品９２と着脱可能に係合するオス型部品９４を有す
る。吸入コンジット１４は、メス型部品９２により収容されることに適する組込
用端部９５を有する部品９４において終端することが望ましい。モジュラーコネ
クタのメス型部品９２はバルブアッセンブリ２１に一体化されていることが望ま
しい。バルブアッセンブリ２１のコンジット２４，２６，３８は、デュアルマニ
ホールドシステムの他のサブアッセンブリとのモジュラー接続にも適用可能であ
る。例えば、塗布マニホールド２０はバルブアッセンブリ２１に直接一体化可能
であるが、本発明の好適な実施形態において塗布マニホールド２０はバルブアッ
センブリ２１に対するモジュラー接続に適する。
【００１６】 約１０-12〜約１０-6リットルの範囲の体積の試薬が、例えば圧力パルスのよ
うな力を加えることによって塗布マニホールドから塗布マニホールドオリフィス
１０６のアレイを介して噴出される。圧力パルスは、インクジェット型ドロップ
オンデマンド技術を適用したバルブ２８により与えられることが望ましい。バル
ブ２８は、バルブアッセンブリ２１に対するモジュラー接続に適しているか、代
替手段としてバルブ２８はバルブアッセンブリ内部に直接一体化されていてもよ
い。本発明の好適な実施形態において、塗布マニホールド２０は各々がオリフィ
ス１０６において終端しているマイクロマシンチャネルを有する標準的インクジ
ェット型プリントヘッドからなる。
【００１７】 本発明の代替の実施形態において、装置を周期的にパージするために、パージ
装置３０が設けられている。パージ装置３０は、ソレノイド又は他の適切なバル
ブ３６により制御可能なガス及びクリーニング液インレット３２，３４をそれぞ
れ有する。パージ装置３０はバルブアッセンブリ２１に対するモジュラー接続に
適することが望ましい。代替手段として、装置３０はバルブアッセンブリに直接
一体化可能である。
【００１８】 本発明のさらなる実施形態において、テストチップ上に付着される試薬サンプ
ルの位置合わせ精度及び心合わせを向上させるための補助機能を有する。特に、
規準のピン、及び／又はマークがターゲット基板に組み込まれる。この組み込ま
れた機能は、操作中の適切な心合わせ及び指向を確実にするための従来の視覚装
置により検知される。
【００１９】 本発明のさらなる実施形態において、塗布オリフィス１０６からの試薬の液滴
１０４の通過を検知するために、検知手段が設けられる。検知手段は光電子装置
、例えば各オリフィスの近傍に位置するフォトダイオード１００／光検出器１０
２の組合せを有していてもよい。代替手段として、電子伝導によるセンサを塗布
マニホールドに一体化可能である。
【００２０】 操作において、マイクロタイタープレート５０が吸入マニホールド１０の下方
に配置され、その後吸入マニホールドとプレートとの間に気密の密閉が形成され
るように、吸入マニホールドはプレート上に載置される。ターゲット基板６０の
上方に位置する塗布マニホールド２０へ複数のコンジット１４を介して試薬の移
送を行うべく、マイクロタイタープレートのウェル５２は少なくとも１つのコン
ジット１２を介して圧力源４０により加圧される。その後、バルブ２８からの圧
力パルスが塗布マニホールド２０に伝達されて、オリフィス１０６を介してター
ゲット基板６０上のテストサイト６４に対する所望の体積の試薬移送が行われる
。この方法のさらなる実施形態には、試薬の付着を確実に適切に位置合わせする
ためのターゲット基板の位置合わせ、塗布マニホールドのオリフィスからの試薬
サンプル通過の検知、及び付着又は印刷の操作の合間におけるシステムのパージ
が含まれる。
【００２１】 （好適な実施形態の詳細な説明） 図１，２を参照すると、貯蔵器５２のアレイからターゲット基板６０に対する
液体の迅速な平行移送用にデュアルマニホールドアッセンブリが設けられている
。マイクロアレイ印刷の当業者にとっては、本発明が多様な用途に役立つことが
明確である。一般的に、このアッセンブリは、チューブ、ボトル及び他の液体容
器を含む、ほとんどあらゆる種類の貯蔵器からほとんどあらゆる種類の基板への
液体移送が可能である。しかし、本発明の好適な実施形態において、アッセンブ
リは、スクニーニングアッセイを行うべく、化学又は臨床化学試薬を従来のマイ
クロタイタープレートのウェル５２のアレイからチップベースの生物センサ（こ
の技術分野において一般的に「マイクロアレイ」と呼ばれる）上のテストサイト
６４のアレイへ移送することに特に適する。アッセンブリは、隣接するテストサ
イト間、又はテストサイトピッチ間の距離が約１〜１０，０００ミクロン（μｍ
）の範囲内にあるような印刷アレイに適用可能である。
【００２２】 アッセンブリは、液体移送エレメント（番号８０により一般的に示される）に
より分離される、吸入マニホールド及び塗布マニホールド、それぞれ１０，２０
を有する。操作において、デュアルマニホールドアッセンブリは複数の分析チッ
プの連続した自動印刷に適する。従来のマイクロタイタープレート送り装置７０
が、一連のマイクロタイタープレートを吸入マニホールド１０の下方に前進させ
るために設けられ、ターゲットチップトラック７２がテスト基板６０を塗布マニ
ホールド２０の下方に前進させるために設けられることが望ましい。 トラック７
０，７２の動作を説明する際に「前進」という文言を使用しているが、本発明は
そのように限定されるものではない。特に、これらのトラックの片方、又は双方
が複数方向の動作に適することがある。
【００２３】 本発明の好適な実施形態において、アッセンブリは、所定の数量の貯蔵器５２
から同一の数量のテストサイト６４への試薬の移送に適するため、このアッセン
ブリは液体を１対１に、即ち各試薬貯蔵器から指定されたテストサイトへ移送す
るべくデザインされている。しかし、本発明は、好適な使用の多数のバリエーシ
ョンに役立つものである。特に、このアッセンブリは所定の数量の貯蔵器から異
なる数量のテストサイトへの液体移送用に構成可能である。例えば、塗布マニホ
ールド２０は、複数の吸入貯蔵器からの液体サンプルを混合し、単一のテストサ
イトに塗布するようにデザイン可能である。この反対に、単一の貯蔵器からの液
体を複数のテストサイトに付着させるために分岐を採用することもある。
【００２４】 本発明のデュアルマニホールドアッセンブリの好適な実施形態が図２に概略的
に示される。アッセンブリは多様な体積の液体試薬を複数のチップテストサイト
に対して同時に移送することに適するが、単一の貯蔵器５２からターゲット基板
表面６２上の単一のテストサイトへの試薬の移送に関するアッセンブリ操作の記
載から、本発明をより明確に理解できる。従って、図２はこのような趣旨で１セ
ットの液体移送エレメントを示している。空気圧源４０は、コンジット１２が液
面５６の上方の位置で終端している状態で、貯蔵器内部に延伸するコンジット１
２を介して制御された圧力を貯蔵器５２に与える。貯蔵器に供給される圧力の強
度及び持続時間は、吸入マニホールドバルブ１３により調節可能である。バルブ
１３はソレノイドバルブであることが望ましい。しかし、他の適切なバルブも想
定される。例えば、他の適切なバルブには、機械的、電気的、又は空気圧による
手段により作動されるシアーバルブ、平面バルブ及びピンチバルブが含まれる。
貯蔵器に圧力を加えることにより、液体５４は吸入コンジット１４の内部に、そ
してこれを通って推進される。本発明の好適な実施形態において、コンジット１
２，１４は、望ましくは約０．０２０〜２．０ｍｍの範囲の内径を有する細孔プ
ラスチックチューブからなる。しかし、コンジットは所望の液体を劣化させるこ
となく移送可能であるような、金属やガラスを含み、これら限定されない他の適
切な材料からなることもある。
【００２５】 本発明の好適な実施形態において、アッセンブリの吸入マニホールド及び塗布
マニホールドの側面は少なくとも１つのモジュラー液体コネクタ９０を介して連
通する。特に、吸入コンジット１４は一束にまとめられ、メス型コネクタ部９２
と着脱可能に係合することに適したオス型部品、即ちプラグ９４内部に一体化さ
れている。代替手段として、当業者に明確であるように、吸入コンジットはオス
型部品との連結に適したメス型プラグの内部に一体化されていることもある。好
適なモジュラー結合の構造は以下により詳細に記載されるが、本発明の趣旨及び
範囲から逸脱することなく多数の変形が可能である。さらに、モジュラーコネク
タ９０はバルブアッセンブリ２１から離間するように延伸してコンジット１５に
取り付けられているように示されるが、メス型コネクタ部９２はバルブアッセン
ブリ２１に直接一体化されていることが望ましい。このようにして、本発明のア
ッセンブリは無数の異なる吸入マニホールドのデザインに対する単純かつ効率的
な取り付けに適用可能である。換言すると、吸入マニホールドの構造に関係なく
、吸入コンジットはメス型コネクタ部９２に対する着脱可能な係合に適する標準
的コネクタ又はプラグ９４の内部において束ねられる。そのため、コネクタ９２
をバルブアッセンブリ２１内に一体化することにより、単一のバルブアッセンブ
リ２１が異なる形状、大きさ、及び構造を有する様々な吸入マニホールドにモジ
ュラー式に接続可能となる。
【００２６】 バルブアッセンブリ２１は、平面バルブであることが望ましい塗布マニホール
ドスイッチングバルブ２２を有する。しかし、機械的、電気的、又は空気圧的手
段により作動されるシアーバルブ、ソレノイドバルブ及びピンチバルブを含むが
これらに限定されない他の適切なバルブも想定される。スイッチングバルブ２２
は所望の分量の液体をテスト基板上に対して噴出するために、液体をチャネル（
図示せず）を介して塗布マニホールド２０内に前進させるべく噴出手段２８に対
して液体により連接されている。噴出手段は、約６．９×１０3〜約１３８×１
０3Ｎ／ｍ2の範囲の圧力を有し、持続時間が約１０-6〜約１０-2秒であるような
圧力パルスを伝達することが望ましい。 本発明の好適な実施形態において、噴出
手段２８はドロップオンデマンド印刷用にデザインされた従来のインクジェット
型印刷バルブ又はポンプからなる。サーマル、ソレノイド及び圧電型を含む、ド
ロップオンデマンド印刷用インクジェット型印刷バルブ／ポンプは市場において
入手可能であり、当業者に公知である。例えば、コネクチカット州エセックスの
リーカンパニー（Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）は、本発明に対する使用に適した、
ソレノイド型インクジェットバルブ（型番ＩＮＫＸ０５０２６００ＡＢ）を製造
している。噴出手段２８はコンジット２４を介してバルブアッセンブリ２１に連
結されているように示されるが、好適な吸入マニホールドの接続と同一の方式に
、噴出手段はモジュラーコネクタ９０を介してバルブアッセンブリに着脱可能に
取り付け可能である。さらに、代替のバルブの配置が可能である。例えば、イン
クジェットバルブ／ポンプ２８はコンジット２６を介してバルブアッセンブリ２
１に対して直接一体化可能である。
【００２７】 インクジェットのドロップオンデマンド式印刷技術を本発明の塗布アッセンブ
リに対して取り入れることは、印刷マイクロアレイ用の公知のシステムに相対し
て相当な長所を有する。特に、インクジェットプリントバルブにおける短い持続
時間の圧力パルスを供給する能力は、約１０-12〜１０-6リットルの範囲の体積
の試料サンプルの非接触式塗布を可能にする。圧力パルスの適用の際に、少なく
とも１滴の試料が塗布マニホールドオリフィス１０６を介してテスト基板６０上
の表面６２上に噴出される。本明細書において使用される「非接触式」とは、付
着の際に塗布マニホールドとターゲット基板との間の接触がないことをいう。本
発明の好適な実施形態において、液体は、例えばデスクトップ及び工業用のプリ
ンタに一般的に使用されるようなインクジェット型プリントヘッドのようにマイ
クロマシンされ、それぞれがオリフィス１０６において終端しているチャネルを
介して連通される。特定の用途によって、オリフィス１０６は約１ミクロン（μ
ｍ）の最小値から約２００ミクロン（μｍ）の最大値までの範囲の直径を有する
ことがある。本発明の好適な実施形態において、塗布マニホールド２０は、モジ
ュラーコネクタ９０を介したバルブアッセンブリ２１に対する着脱可能な取り付
けに適する。さらに、モジュラーコネクタはスイッチングバルブ２２に直接組み
込まれていることもある。この方式で、塗布マニホールド２０はコンジット２６
を必要とせずに、スイッチングバルブ２２に対する直接の取り付けに適したオス
型コネクタ部９４に取り付け可能となる。
【００２８】 前記のように、液体移送アッセンブリの吸入側の貯蔵器から移送される液体は
、アッセンブリの塗布側において複数のオリフィスを介して噴出されるように分
岐させることも可能である。逆に、アッセンブリの吸入側にある複数の貯蔵器か
らの液体を混合し、単一の塗布オリフィスから噴出することも可能である。本発
明のマニホールドアッセンブリはある数量の液体貯蔵器から、貯蔵器の数量より
少ないか、等しいか、或いは多いような、ある数量のテストサイトへの移送を可
能とさせる。そのため、プリントヘッドオリフィスのアレイは、吸入マニホール
ド１０を貫通して延伸する吸入コンジット１４のアレイとは異なる大きさを有し
、或いは異なる形状に配置されることも可能である。例えば、アッセンブリは非
線形なアレイの貯蔵器から、線形なアレイの塗布マニホールドオリフィスへ、又
はその逆に移送することに適する。同様に、アッセンブリは矩形のアレイから放
射状アレイへの液体の移送、及びこの逆に移送することに適用可能である。本明
細書において使用される「アレイ」という文言は、非線形の形状又は多様なピッ
チを有する複数の貯蔵器、コンジット、オリフィス、又はテストサイトを含むも
のである。プリントヘッドも操作中において回転するように適用可能である。そ
のため、吸入マニホールドコンジット１４と塗布マニホールドオリフィス１０６
との相対的位置は多様になりうる。特に、本発明のマニホールド構造はミリメー
トル単位の最小ピッチを有するサンプル貯蔵器のアレイからミクロン単位の最小
ピッチを有するオリフィスのアレイへの液体の移送を可能とさせる。例えば、約
２．２５〜９．０ｍｍの範囲のピッチを有する従来のマイクロタイタープレート
ウェルから、約１〜１０，０００ミクロンの範囲のピッチを有する固相の基板上
のテストサイトへの試薬の移送に本発明を使用した。
【００２９】 補助装置３０はアッセンブリの多様な液体移送コンジットのクリーニング及び
パージのために設けられてもよい。例えば、気圧コンジット３２及びクリーニン
グ液コンジット３４がコンジット３８を介してスイッチングバルブ２２に対して
液体により連通されていてもよい。システム内へのクリーニング／パージ液の導
入は、適切なバルブ３６、例えば機械的、電気的又は空気圧手段により作動され
るソレノイドバルブ、シアーバルブ、平面バルブ及びピンチバルブを介して制御
可能であることが望ましい。パージ装置３０はバルブアッセンブリに一体化され
たモジュラーコネクタ９０を介してバルブアッセンブリ２１に液体により連通さ
れていることが望ましい。代替手段として、パージ装置３０は塗布マニホールド
スイッチングバルブ２２内に直接一体化可能である。
【００３０】 図３を参照する。吸入マニホールドアッセンブリ１０が本発明の好適な実施形
態に従って示されている。吸入マニホールドは、ベースプレート１７を貫通して
延伸し、ソースプレート５０内に形成されていて、液体を満たした、対応する貯
蔵器５２のアレイに収容されることに適するような吸入サブアッセンブリのアレ
イを有する。本発明の好適な実施形態において、貯蔵器はミクロタイタープレー
トに形成される試薬を満たしたウェルからなる。各サブアッセンブリは、ガイド
部材１６、キャップ部材１８、圧力コンジット１２及び吸入コンジット１４を有
する。圧力コンジット及び吸入コンジット１２，１４はプラスチック、金属又は
ガラスからなる細孔チューブからなることが望ましい。ガイド部材１６は、ベー
スプレート１７に機械的に固定されることに適する第１の末端を有する。機械的
固定は、簡単な機械的挿入、即ちベースプレート内にねじ入れるため、ガイド部
材１６にネジ山を有した第１の末端を設けることにより達成されることが望まし
い。当業者には、代替の機械的固定手段が可能であることが明確である。使用さ
れた固定手段によらず、アッセンブリの作動中におけるガイド手段の移動を防止
するため、ガイド部材がベースプレートにぴったりと係合することが重要である
。完全に挿入されたときに、ガイド部材の第２のフランジ端部１１は、ベースプ
レートの下側表面から下方に延伸する。ガイド部材１６は、プラスチックチュー
ブをぴったりと収容するための、長手方向に延伸する１組のチャネル（図示せず
）も有する。
【００３１】 キャップ部材１８は、ガイド部材１６のフランジ端部１１との係合に適した第
１の末端を有する。反対側のキャップ部材の第２の末端は、液体を満たした貯蔵
器５２の１つの周囲と係合するためのテーパー状の外面１９を有する。キャップ
部材は適切なポリマー、ゴム、又は他の圧縮可能な材料から製造される。このよ
うにして、吸入マニホールド１０はマイクロタイタープレート５０上に載置され
、キャップ部材は貯蔵器を密閉する役割を果たす。各キャップ部材１８は、プラ
スチックチューブのコンジットを収容するための対応するガイド部材１６中のチ
ャネルに合致する長手方向に延伸するチャネルを有する。圧力コンジット１２は
キャップ部材を完全に貫通するように延伸するが、液面５６よりも上方で終端す
る。吸入コンジット１４はキャップ部材１８を貫通して延伸し、液面５６の下方
の位置で終端する。動作において、吸入マニホールドは、キャップ部材１８が対
応するウェル５２の周囲を密閉するようにマイクロタイタープレート５０上に載
置される。その後、ウェルは圧力チューブ１２を通った空気圧を加えられて加圧
されることにより、液体試薬５４をウェル５２から吸入チューブ１４を介して塗
布マニホールド２０に移送させる。
【００３２】 吸入マニホールドアッセンブリの多様な要素が個々のサブコンポーネントとし
て示されているが、これらは組合せ可能である。例えば、本発明の代替の実施形
態において、キャップ部材１８及びガイド部材１６は、例えばプラスチックから
成型されるか、又は金属から加工した、一体化された部品からなる。この一体化
をさらに進めると、本発明のさらなる実施形態において、キャップ部材及びガイ
ド部材、それぞれ１８，１６は、チューブを除く吸入マニホールドアッセンブリ
全体が単一の一体化された部品からなるように、ベース部材１７に一体化される
。例えば、吸入マニホールドアッセンブリの全体は適切なポリマーから形成され
、又は適切な金属から加工されることが可能である。
【００３３】 図４を参照する。吸入マニホールドの代替の実施形態はウェル５２を加圧する
ための単一の圧力インレット１２を有する。各ウェルを密閉するための個々のキ
ャップ部材の代わりに、適切なポリマー、ゴム、又は他の圧縮可能な材料から形
成されることが望ましいガスケット部材２３がベースプレート１７の下側外周に
沿って配置される。このようにして、吸入マニホールド１０はマイクロタイター
プレート５０上に載置されることにより、密閉部材２３はプレート５０の外周を
密閉する。個々の吸入コンジット１４は、試薬をウェルから塗布マニホールドに
移送するため、液体を満たした貯蔵器のそれぞれに延伸する。
【００３４】 図２に示されるように、本発明の好適な実施形態において、モジュラーコネク
タ９０はバルブアッセンブリ２１とデュアルマニホールドシステムの多様なサブ
アッセンブリとの間において、液体の連通を与える。コネクタの当業者には、本
発明に対しては無数の異なるモジュラーコネクタのデザインが可能であることが
明確である。図５を参照し、好適なコネクタのデザインについて記載する。簡略
化のため、以下の記載は特に吸入マニホールド１０とバルブアセンブリ２１との
間に位置する単一のモジュラーコネクタに関する。しかし、モジュラーコネクタ
９０の全ては同一の構造を有し、同一の方式で操作可能である。モジュラーコネ
クタ９０は、メス型、オス型の部品、それぞれ９２，９４を有する。メス型サブ
コネクタ９２に形成されたチャネル９６は、オス型部品又はプラグ９４から延伸
する組込用コネクタ端部９５と着脱可能に係合することに適する。メス型ユニッ
トのそれぞれのチャネル／フィッティング９６はコネクタを通じて液体が漏れる
ことを防止する、例えばリブのような一体化密閉エレメント９９を有する。アッ
センブリの操作の間、オス型コネクタ９４は、端部９５の先端が一体化した停止
機構９８と接触するように、メス型コネクタ９２内に取り付けられる。コネクタ
の構成は多様であってもよい。しかし、図６に示されるように、個々のコネクタ
ユニットは標準的電気コネクタのようにデザインされていることが望ましい。
【００３５】 本発明の代替の実施形態において、補助アッセンブリの機能は、ターゲット基
板上に塗布される試薬サンプルの位置合わせ精度及び心合わせを向上させるため
、及び／又は品質管理を向上させるためにもうけられる。例えば、本発明の代替
の実施形態において、規準となるピン、及び／又はマークがターゲット基板、及
び／又はマイクロタイタープレート上に一体化される。この一体化の機能は、動
作において適切な心合わせ及び指向を確実にするため、従来の可視システムによ
り直接検知可能である。代替手段として、この一体化された機能は、位置に感度
を有する検知エレクトロニクスと相互作用を及ぼすようにデザイン可能である。
本発明のさらなる実施形態において、検知手段は塗布オリフィス１０６からの試
薬の液滴の通過を検知するように設けられている。例えば、図７を参照すると、
液滴の通過を検知するため、塗布オリフィス１０６の近傍に、フォトダイオード
デバイス１００及び光検出器デバイス１０２を設けることがある。代替手段とし
て、例えば各オリフィス１０６の内壁の一部に導電性コーティングを塗布し、こ
れらの間の電流をモニタすることによって、導電型センサを塗布マニホールドに
直接一体化することも可能である。
【００３６】 図１〜７を参照する。本発明のデュアルマニホールドアッセンブリの動作が記
載される。まず、例えばマイクロタイタープレートのようなソースプレート５０
が、吸入マニホールド１０の下に適切に配置されるまで送り装置７０上を前進さ
れ、ターゲット基板６０が塗布マニホールド２０の下に適切に配置されるまでト
ラック７２上を前進される。ソースプレート、ターゲット基板、又はこれらの双
方の適切な心合わせ及び指向を確実にするため、随意の位置合わせ工程が行われ
てもよい。 ソースプレートと吸入マニホールドが適切に位置合わせされていると
、吸入マニホールド１０は、マニホールド１０とプレート５０との間に気密の密
閉が形成されるようにソースプレート５０上に載置されるまで垂直方向に作動さ
れる。本発明の好適な実施形態（図３）において、吸入サブアッセンブリのキャ
ップ部材１８は貯蔵器上に密閉を形成する。 吸入マニホールドアッセンブリの代
替の実施形態が採用される（図４）場合は、ガスケット２３がソースプレート５
０の外周を密閉するまで吸入マニホールド１０が上下方向に作動される。操作中
において、吸入マニホールド及び塗布マニホールドは上下移動に限定されること
が望ましい。
【００３７】 ソースプレート上に吸入マニホールドが適切に載置された状態で、圧力源４０
からコンジット１２を介して圧力が貯蔵器に加えられ、コンジット１４を介して
塗布マニホールド２０に液体の移送が行われる。一旦塗布マニホールドに対する
液体移送が行われると、塗布マニホールドと液体噴出手段２８との間の液体の連
通は可能にしたまま、塗布マニホールドと吸入マニホールドとの間の液体の連通
をなくすようにスイッチングバルブ２２が作動されることが望ましい。必要であ
れば、塗布マニホールド２０はターゲット基板６０の上方の所望の高さに垂直方
向に配置されることもある。その後、圧力パルスのような力が一定時間だけ塗布
マニホールドに伝達され、塗布マニホールドからオリフィス１０６を介してター
ゲット基板６０上のテストサイト６４に対して正確な体積の液体の噴出を行う。
塗布マニホールドは、アッセンブリの操作の間、一定の位置に保持されることが
望ましい。
【００３８】 テストサイトの完全なアレイは同時にプリントされ、トラック７０，７２は１
つのアレイの印刷後にそれぞれ前進されることが望ましい。しかし、１つのアレ
イの貯蔵器から移送された液体はテストサイトの複数のアレイ又はサブアレイへ
の塗布に十分であってもよい。このような場合は、印刷は、送り装置トラック７
０の位置は保持したまま、テストサイトのアレイ又はサブアレイを塗布マニホー
ルド２０の下方に再載置するため、テストトラック７２を繰返し前進させる工程
を含む。逆に他の用途は送り装置トラック７０を前進させながらテストトラック
７２の位置を保持することを要してもよい。
【００３９】 本明細書に記載された方法のさらなる変更は本発明の範囲から逸脱することな
く可能であることが当業者には明らかである。例えば、トラック７０及び／又は
７２が複数の方向への移動に適する場合は、この方法は、トラックが「前進」さ
れないようなトラック７０，７２の移動を介した、貯蔵器及び／又はテスト基板
の再載置を含むことがある。同様に、プリントヘッドが回転に適する場合は、塗
布マニホールドの位置付けのステップは、プリントヘッドの回転のサブステップ
を含むこともある。
【００４０】 本発明の代替の実施形態において、本方法は、液滴、又はある体積の液体の、
塗布マニホールドオリフィスのアレイからテストサイトのアレイまでの通過を検
知するための追加のステップを含む。本発明のさらなる実施形態において、この
方法は、アッセンブリの液体移送コンジットに対する、例えば水のようなクリー
ニング液の周期的なパージを含む。
【００４１】 本発明の好適な実施形態が示され、記載されてきたが、本発明はこれらに限定
されるものではない。多数の改良、変更、変形、置換及び等価なものが、クレー
ムに記載されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく当業者に想到
される。例えば、好適なバルブ配置に対する多数の改良が可能であることは当業
者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるデュアルマニホールドアッセンブリの主要な部品の
概略図。
【図２】 本発明の好適な実施形態によるデュアルマニホールドアッセンブ
リのサブコンポーネントの特定の配置の概略図。
【図３】 本発明の好適な実施形態による吸入マニホールドの側面における
部分断面図。
【図４】 本発明の代替の実施形態による吸入マニホールドの側面における
部分断面図。
【図５】 本発明による好適なモジュラー液体コネクタを部分的に切断した
上面図。
【図６】 図５のモジュラー液体コネクタのメス型コネクタの正面図。
【図７】 本発明の代替の実施形態による液滴噴出検知装置の断面図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月９日（２００１．５．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０１Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，Ｔ Ｔ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 クレス、リード アメリカ合衆国 37830 テネシー州 オ ーク リッジ コナーズ サークル 206 Ｆターム(参考） 2C056 EA24 FB01 4B029 AA07 AA23 BB15 BB20 FA09 4G057 AB12 AB21 AB24 AB37 AB38 4G068 AA02 AA03 AA04 AB15 AC07 AD06 AD16 AD40 AE03 AF31

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体吸入マニホールドと、 複数のオリフィスを有する液体塗布マニホールドと、 前記吸入マニホールドと塗布マニホールドとの間を連通する複数のコンジット
    と、 前記貯蔵器から複数のコンジットを介して塗布マニホールドへ液体を押し出す
    ための制御可能な空気圧源と、 前記複数のオリフィスの少なくとも１つを介してテストサイトの少なくとも１
    つに対して前記液体の少なくとも１滴を噴出するための手段とを有する、貯蔵器
    のアレイからターゲット基板上のテストサイトのアレイへ液体を移送するための
    デュアルマニホールドアッセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記液体塗布マニホールド内に一体化されたスイッチングバ
    ルブをさらに有する請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  3. 【請求項３】 前記噴出手段は前記液体塗布マニホールドに一体化されてい
    る請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記複数のコンジットの全長にわたって液体を連通させるた
    めに、少なくとも１つのモジュラーコネクタを有する請求項１に記載のデュアル
    マニホールドアッセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記噴出手段は、ドロップオンデマンド技術を使用するイン
    クジェット印刷バルブを有する請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセン
    ブリ。
  6. 【請求項６】 前記インクジェットバルブは、サーマルインクジェットバル
    ブ、ソレノイドインクジェットバルブ、及び圧電インクジェットバルブのうちの
    １つである請求項５に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記インクジェットバルブは、約６．９×１０3〜１３８×
    １０3Ｎ／ｍ2の圧力を有し、持続時間が約１０-6〜１０-2秒である圧力パルスを
    伝達するようになっている請求項５に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ
    。
  8. 【請求項８】 前記複数のコンジットは、プラスチックのチューブからなる
    請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  9. 【請求項９】 前記複数のコンジットは、金属のチューブ、及びガラスのチ
    ューブのうちの少なくとも１つからなる請求項１に記載のデュアルマニホールド
    アッセンブリ。
  10. 【請求項１０】 前記貯蔵器のアレイはマイクロタイタープレートのウェル
    からなり、前記液体は試薬からなる請求項１に記載のデュアルマニホールドアッ
    センブリ。
  11. 【請求項１１】 前記テストサイトのアレイはマイクロ電子デバイス上に一
    体化された生物センサからなる請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセン
    ブリ。
  12. 【請求項１２】 前記ターゲット基板上の隣接するテストサイト間の最短距
    離は約１〜１０，０００ミクロン（μｍ）の範囲内にある請求項１に記載のデュ
    アルマニホールドアッセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記液体塗布マニホールドは、約１０-12〜１０-6リット
    ルの範囲の体積の液体を塗布することに適している請求項１に記載のデュアルマ
    ニホールドアッセンブリ。
  14. 【請求項１４】 コンジットのクリーニング及びパージの装置をさらに有す
    る請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  15. 【請求項１５】 塗布マニホールドオリフィスからの液滴の通過を検知する
    手段をさらに有する請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記検知手段は光電子デバイスからなる請求項１５に記載
    のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記検知手段は、前記塗布マニホールドに一体化された電
    子伝導型のセンサを有する請求項１５に記載のデュアルマニホールドアッセンブ
    リ。
  18. 【請求項１８】 前記吸入マニホールドはベースプレートから延伸し、液体
    を満たした貯蔵器のアレイにより収容されるようになっている吸入サブアッセン
    ブリのアレイを有する請求項１に記載のデュアルマニホールドアッセンブリにお
    いて、各サブアッセンブリは、 前記ベースプレートに対して機械的に固定されることに適する第１の末端と、
    このベースプレートから離間するように延伸する第２のフランジ末端とを有する
    ガイド部材と、 このガイド部材のフランジ末端に対する係合に適する第１の末端と、前記液体
    を満たした貯蔵器の１つの周囲に係合するべくテーパー状の外面を有する第２の
    末端とを有するキャップ部材と、 前記ベースプレート、ガイド部材及びキャップ部材のそれぞれにおいて位置合
    わせされた開口を通じて延伸する第１及び第２のコンジットと、 前記第１のコンジットは前記貯蔵器の液面の上方の位置において終端し、前記
    第２のコンジットはこの貯蔵器の液面の下方の位置において終端することと、こ
    の第２のコンジットを介して前記塗布マニホールドに液体を押し出すべく前記貯
    蔵器を加圧するための手段を前記第１のコンジットが備えることとからなるデュ
    アルマニホールドアッセンブリ。
  19. 【請求項１９】 前記ガイド部材、キャップ部材、及びベースプレートのそ
    れぞれは一体化した構造を形成するために一体化された請求項１８に記載のデュ
    アルマニホールドアッセンブリ。
  20. 【請求項２０】 前記吸入マニホールドアッセンブリは、液体を満たした貯
    蔵器のアレイを有するソースプレート上に載置されるようになり、この吸入マニ
    ホールドアッセンブリは、 ベースプレートと、 このベースプレートの下面外周に沿って配置されたガスケット部材と、このガ
    スケットは前記ソースプレートの外周を密閉する寸法を有することと、 前記液体を満たした貯蔵器のアレイに加圧するための前記ベースプレートを貫
    通する圧力コンジットと、 前記液体を前記貯蔵器から吸入するべく、前記ベースプレートを貫通して液体
    を満たした貯蔵器まで延伸する複数の吸入コンジットとを有する、請求項１に記
    載のデュアルマニホールドアッセンブリ。
  21. 【請求項２１】 ソースプレートの貯蔵器のアレイからターゲット基板上の
    テストサイトのアレイに、デュアルマニホールドアッセンブリを使用して液体試
    薬を移送する方法において、 前記ソースプレートを吸入マニホールドの下方に配置するステップと、 それぞれがオリフィスにおいて終端している複数のチャネルを有する塗布マニ
    ホールドの下方に前記ターゲット基板を配置するステップと、 前記吸入マニホールドを前記ソースプレート上に載置するステップと、 前記貯蔵器から複数の吸入コンジットを介して塗布マニホールドへ試薬の吸入
    を行うべく、前記ソースプレートの貯蔵器を少なくとも１つの圧力コンジットを
    介して加圧するステップと、 前記塗布マニホールドチャネルの試薬に一定時間力を伝達するステップとを有
    し、この力は所望の体積の試薬を各テストサイトへ噴出する方法。
  22. 【請求項２２】 前記力を伝達するステップの前に前記ターゲット基板の位
    置あわせをチェックするステップをさらに有する請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記力を伝達するステップの後に、前記オリフィスのそれ
    ぞれから前記各テストサイトに対する所定の体積の試薬の通過を検出するステッ
    プをさらに有する請求項２１に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記デュアルマニホールドシステムをパージするステップ
    をさらに有する請求項２１に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記力を伝達するステップは、約６．９×１０3〜約１３
    ８×１０3Ｎ／ｍ2の範囲の圧力パルスを、約１０-6〜１０-2秒の持続時間におい
    て伝達することを含む請求項２１に記載の方法。
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