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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Betupfungsnadel für Makroarrays,
um bei der Herstellung der Makroarrays eine biopolymerhaltige Betupfungslösung auf
einen wasserabsorbierenden Träger,
z. B. eine Nylonmembran, zu tupfen.
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2. Technischer
Hintergrund
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Makroarrays
werden üblicherweise
gefertigt, indem verschiedene Arten von Betupfungslösungen, die
Biopolymere wie z. B. DNS, RNS und Proteine enthalten, auf einen
Träger,
z. B. eine Nylonmembran, getupft werden. 13 veranschaulicht
das Herstellungsprinzip eines Makroarrays. Eine Mikroplatte 132 hält mehrere
Arten von Betupfungslösungen
zum Tupfen bereit, darunter eine DNS-Lösung 131. Der Träger für das Makroarray
umfasst eine Nylonmembran 134. Die DNS-Lösung 131 wird
von einer Betupfungsnadel 133 aufgenommen und dann auf
die Nylonmembran 134 getupft, und dieser Vorgang wird wiederholt,
wodurch eine Vielzahl von Makroarrays 135 hergestellt werden,
auf die die verschiedenen Arten von DNS-Lösungen getupft sind. Für die Fertigung
von Makroarrays sind verschiedene Arten von Betupfungsnadeln entwickelt
worden. Beispiele sind eine Nadel mit einem Spalt, die durch eine
Kapillarwirkung ähnlich
der, die an der Spitze eine Füllfederhalters
auftritt, ein sequentielles Betupfen ermöglicht, und eine massive Nadel,
bei der eine Betupfungslösung
vor jedem Aufdrücken
zum Haften an der Nadelspitze gebracht wird.
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Damit
die vom Makroarray erhaltenen Ergebnisse verlässlich sind, ist es nötig, genau
zu erfassen, wie viel der Betupfungslösung mit Biopolymeren wie DNS,
RNS und Proteinen mit jedem Tupfer auf das Makroarray aufgebracht
wird. Mit den massiven Nadeln ist es jedoch schwierig, quantitativ zu
tupfen. Während
die Nadeln mit Spalt den Vorteil haben, dass die Lösung nicht
vor jedem Betupfen an der Spitze der Nadeln haften muss und dass
sie zum Beispiel unempfindlich gegen Austrocknen sind, ist es noch
immer schwierig, nacheinander gleiche Mengen aufzutupfen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Betupfungsnadel zur Verfügung zu
stellen, die gleiche Mengen verschiedener Arten biopolymerhaltiger
Betupfungslösungen
auf einen wasserabsorbierenden Träger, der in biologischen Experimenten
verwendet wird, auf stabile und sequentielle Weise tupfen kann.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Betupfungsnadel gelöst, die
eine Lösung
durch die Kapillarwirkung aufnehmen und die eine gespaltene Spitze
haben kann.
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Zum
einen stellt die Erfindung eine Betupfungsnadel zum Tupfen einer
Lösung
auf einen wasserabsorbierenden Träger bereit, die umfasst:
ein
erstes Teil, das einen Lösungsaufnahmeabschnitt umfasst,
der zu einer vorderen und hinteren Fläche der Spitze des ersten Teils,
die mit einem Träger
in Kontakt kommt, hin geöffnet
ist, wobei das erste Teil eine vorbestimmte Menge Lösung in
dem Lösungsaufnahmeabschnitt
durch Kapillarwirkung bereithält und
das erste Teil außerdem
einen Gleitführungsabschnitt
umfasst;
ein zweites Teil mit einem Lösungszuführungsabschnitt, der zu einem
Ende des zweiten Teils gegenüber
der Öffnung
auf der Rückseite
des Lösungsaufnahmeabschnitts
hin geöffnet
ist, wobei der Lösungszuführungsabschnitt
die Lösung
durch Kapillarwirkung bereithält
und das zweite Teil entlang des Gleitführungsabschnitts des ersten
Teils gleitet; und
ein Vorspannelement, um das zweite Teil
so gegen das erste Teil zu zwingen, dass der Lösungszuführungsabschnitt des zweiten
Teils mit dem Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils in Kontakt kommt.
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Indem
der Lösungszuführungsabschnitt
des zweiten Teils in Kontakt und Kommunikation mit dem Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils gebracht wird, kann die Lösung im Lösungszuführungsabschnitt durch Kapillarwirkung
in den Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils gefüllt
werden. Dann wird das zweite Teil relativ zum ersten Teil gegen
die Kraft des Vorspannelements zum Gleiten gebracht, um den Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils vom Lösungszuführungsabschnitt
des zweiten Teils zu trennen. Das führt dazu, dass eine vorbestimmte
Menge der Lösung
durch Kapillarwirkung in dem Durchgangsloch des ersten Teils gehalten
wird. Als nächstes
wird die Spitze des ersten Teils in Kontakt mit dem absorbierenden
Träger
gebracht, so dass die vorbestimmte Menge Lösung, die vom Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils gehalten wird, in den absorbierenden Träger aufgenommen wird
und einen Tupfer bildet. Danach wird der Lösungszuführungsabschnitt des zweiten
Teils durch die Kraft des Vorspannelements mit dem Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils in Kontakt gebracht. Folglich kann der Lösungsaufnahmeabschnitt des
ersten Teils, der leer gewesen ist, wieder durch Kapillarwirkung
mit der Lösung
vom Lösungszuführungsabschnitt
gefüllt
werden. Durch Wiederholung dieser Schrittfolge können nacheinander gleiche Mengen
der Lösung
auf den absorbierenden Träger getupft
werden.
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Das
zweite Teil kann einen Körper
und einen Zweig umfassen, der sich vom Körper in eine der Spitze des
ersten Teils entgegengesetzten Richtung erstreckt. In diesem Fall
wirkt der Zweig als Halterung, mit der die Betupfungsnadel am Nadelkopf
der Betupfungsvorrichtung befestigt werden kann. Das erste Teil
wird relativ zum zweiten Teil durch eine Nadel oder ähnliches
angetrieben, die aus dem Nadelkopf der Betupfungsvorrichtung herausragt.
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Das
zweite Teil kann einen Körper
und einen Zweig umfassen, der sich vom Körper in Richtung der Spitze
des ersten Teils erstreckt, und die Spitze des Zweigs kann über die Spitze
des ersten Teils hinausragen, wenn der Lösungszuführungsabschnitt des zweiten
Teils in Kontakt mit dem Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils ist. In diesem Fall kommt der Zweig mit dem Träger in Kontakt
und wirkt so als Stopper, um den Lösungsaufnahmeabschnitt des ersten
Teils vom Lösungszuführungsabschnitt
des zweiten Teils zu trennen. Die Betupfungsnadel ist an der Betupfungsvorrichtung
befestigt, indem das hintere Ende des ersten Teils am Nadelkopf
befestigt ist.
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Dadurch,
dass das zweite Teil mit einem großen Lösungsreservoir ausgestattet
ist, das mit dem Lösungszuführungsabschnitt
kommuniziert, kann der Betupfungsnadel eine große Menge Biopolymerlösung zur
Verfügung
gestellt werden, so dass mit einem einzigen Auffüllen der Lösung mehr Tupfer auf einmal
erzeugt werden können.
In diesem Fall kann eine Leitung, die die Spitze des ersten Teils
mit dem Zentrum des Lösungsreservoirs
verbindet, entweder parallel oder nicht-parallel zur Gleitrichtung
des zweiten Teils verlaufen.
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Vorzugsweise
wird die Umgebung der Spitzenoberfläche des ersten Teils so geschnitten,
dass die Kontaktfläche
mit dem Träger
reduziert wird. Vorzugsweise ist auch die Umgebung der Spitze des zweiten
Teils gegenüber
der hinteren Fläche
der Spitze des ersten Teils so geschnitten, dass die Kontaktfläche mit
der hinteren Fläche
der Spitze des ersten Teils reduziert wird. Durch solch ein Schneiden
der Umgebung der Spitze des ersten Teils und der des Lösungszuführungsendes
des zweiten Teils kann das Bewegen der Lösung durch Kapillarwirkung
erleichtert werden, was es möglich
macht, auf stabile und sequentielle Weise Lösungstupfer der gleichen Form
auf dem Träger,
z. B. einer hochgradig wasserabsorbierenden Nylonmembran, zu erzeugen.
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Das
Vorspannelement kann eine Druckfeder sein, die zwischen der inneren
Wand des hinteren Endes des ersten Teils und dem zweiten Teil angeordnet
ist. Die Druckfeder bewirkt, dass das zweite Teil in Richtung der
Spitze des ersten Teils gedrückt wird.
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Das
erste und zweite Teil können
aus rostfreiem Austenitstahl hergestellt werden. Durch die Verwendung
von rostfreiem Austenitstahl als Material für die Betupfungsnadel können die
Stärke,
sowie die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Säuren
und Chemikalien verbessert werden.
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Um
eine glatte Bewegung der Betupfungsnadel zu ermöglichen und ihre Lebensdauer
zu verlängern,
sind die gleitenden Bereiche des ersten und zweiten Teils vorzugsweise
mit Diamant beschichtet.
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Zum
anderen stellt die Erfindung eine Betupfungsnadel zum Tupfen einer
Lösung
auf einen wasserabsorbierenden Träger zur Verfügung, die
umfasst:
ein erstes Teil, mit einer Vielzahl von Lösungsaufnahmeabschnitten,
die jeweils auf einer vorderen und hinteren Fläche der Spitze des ersten Teils,
die mit dem Träger
in Kontakt kommt, eine Öffnung
haben, und einem Gleitführungsabschnitt,
wobei jeder Lösungsaufnahmeabschnitt
eine vorbestimmte Menge der Lösung
durch Kapillarwirkung bereithält;
ein
zweites Teil mit einer Vielzahl von Lösungszuführungsabschnitten, die jeweils
an einem Ende des zweiten Teils gegenüber der Öffnung auf der Rückseite
des Lösungsaufnahmeabschnitts
eine Öffnung haben
und die Lösung
durch Kapillarwirkung bereithalten, wobei das zweite Teil entlang
des Gleitführungsabschnitts
des ersten Teils gleitet; und
ein Vorspannelement, um das zweite
Teil so gegen das erste Teil zu zwingen, dass die mehreren Lösungszuführungsabschnitte
des zweiten Teils mit den mehreren Lösungsaufnahmeabschnitten des
ersten Teils in Kontakt kommen.
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Diese
Betupfungsnadel ist eine Anwendung des Prinzips der oben beschriebenen
Betupfungsnadeln, und sie umfasst eine Vielzahl von Lösungszuführungsabschnitten
und Nadelspitzen, die miteinander verbunden sind. Diese Ausführung erlaubt
es, auf dem wasserabsorbierenden Träger mehrere Tupfer gleichzeitig
zu bilden. Durch die Fertigung des ersten und zweiten Teils aus
Plastik kann eine Wegwerf-Betupfungsnadel zu reduzierten Kosten
zur Verfügung gestellt
werden. Außerdem
kann eine Kontamination der Lösung,
die für
Recyclingzwecke problematisch sein könnte, vermieden werden.
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Die
Betupfungsnadel gemäß der Erfindung kann
zum Tupfen jeder Art von Biopolymeren, z. B. DNS, RNS, Proteinen
und Mischungen daraus, verwendet werden. Als wasserabsorbierender
Träger können allgemein
filmähnliche
Träger
mit wasserabsorbierenden Eigenschaften für Makroarray-Zwecke, z. B.
Nylonmembranen, verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1(a) bis 1(c) zeigen
ein Beispiel der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel
in zusammengesetztem und auseinandergenommenem Zustand.
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2(a) bis 2(d) veranschaulichen
den Betupfungsvorgang der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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3(a) und 3(b) zeigen
typische Zustände
der Betupfungsnadel im Betrieb.
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4(a) und 4(b) zeigen
ein anderes Beispiel der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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5(a) bis 5(d) veranschaulichen
den Betupfungsvorgang.
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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7 zeigt
eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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8(a) und 8(b) zeigen
eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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10(a) und 10(b) veranschaulichen ein
anderes Beispiel der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
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11(a) und 11(b) zeigen
eine Querschnittsansicht, die die in den 10(a) und 10(b) dargestellte Betupfungsnadel mit Vielfach-Verbindung
im Detail zeigt.
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12 zeigt
ein Beispiel einer Betupfungsvorrichtung.
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13 zeigt
ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Makroarrays.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden werden Ausführungen
der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die 1(a) bis 1(c) zeigen
Ansichten eines Beispiels der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel in zusammengesetztem
und auseinandergenommenem Zustand.
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Eine
Betupfungsnadel 10 umfasst ein zweites Teil 12,
das gleitfähig
in einem äußeren zylindrischen
ersten Teil 11 angeordnet ist. Das erste Teil 11 umfasst
einen Lösungsaufnahmeabschnitt 13,
der an der Spitze desselben gebildet ist. Der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 wird
durch eine Kapillarröhre
von etwa 0,05 bis 0,5 mm im Durchmesser und etwa 0,5 bis 2 mm in
der Länge
gebildet. Das Volumen des Lösungsaufnahmeabschnitts 13 kann
im Bereich von 4 bis 1600 nl liegen. Das zweite Teil 12 umfasst
einen zylindrischen Körper 18,
der mit einem Lösungszuführungsabschnitt 14 ausgestattet
ist, der entlang seiner Mittelachse ausgebildet ist. Der Lösungszuführungsabschnitt 14 wird
durch eine relativ lange Kapillarröhre von etwa 0,05 bis 0,5 mm
im Durchmesser gebildet. Das zweite Teil 12 umfasst auch
einen L-förmigen Zweig 15,
der sich einmal seitwärts vom
hinteren Ende des Körpers
und dann parallel zur Mittelachse des Körpers zu seiner Rückseite
hin erstreckt.
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Die
Betupfungsnadel 10 wird folgendermaßen zusammengesetzt. Als erstes
wird ein Spalt 17 in der Seitenwand des zylindrischen ersten
Teils 11 entlang seiner Achse ausgebildet, wie in 1(a) dargestellt, wobei das erste Teil 11 den
Lösungsaufnahmeabschnitt 13,
der durch die Kapillarröhre
gebildet wird, an der Spitze hat. Dann werden, wie in 1(b) dargestellt, das zweite Teil 12 und
eine Druckfeder 16 in das erste Teil 11 eingeführt, wobei
der L-förmige Zweig 15,
der sich vom Körper 18 des
zweiten Teils 12 aus erstreckt, entlang des Schlitzes 17 gleitet. Schließlich wird
das Ende des zylindrischen ersten Teils 11 geschlossen,
wie in 1(c) dargestellt. Die so erhaltene
Betupfungsnadel 10 wird dann auf die Betupfungsvorrichtung
(nicht dargestellt) montiert, indem die Spitze des L-förmigen Zweigs 15,
der aus dem zweiten Teil 12 hervorragt, sicher an einem
Nadelkopf der Betupfungsvorrichtung befestigt wird.
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Die
Druckfeder 16, die in den hinteren Bereich des ersten Teils 11 eingeführt wird,
zwingt den Körper 18 des
zweiten Teils 12 hin zur Spitze des ersten Teils 11.
Das erste und zweite Teil 11 und 12 sind aus rostfreiem
Austenitstahl hergestellt, welcher eine exzellente mechanische Stärke besitzt
und wiederstandsfähig
gegenüber
Säuren
und Chemikalien ist. Die innere Wand und der Spalt 17 des
ersten Teils 11 wirken als Führung, wenn die Oberfläche des
Körpers 18 des
zweiten Teils 12 axial auf der inneren Wand des ersten
Teils 11 gleitet. Wenn keine äußere Kraft aufgewandt wird,
wird der Körper 18 des
zweiten Teils 12 durch die Wirkung der Druckfeder 16 gegen
die Spitze des ersten Teils gezwungen. Daraus ergibt sich, dass
die Kapillarröhre,
die den Lösungsaufnahmeabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 darstellt, in Kontakt mit der Kapillarröhre gebracht
wird, die den an der Spitze des ersten Teils 11 gebildeten
Lösungsaufnahmeabschnitt 13 darstellt,
und mit ihr kommuniziert, so dass eine einzige lange durchgehende
Röhre im
Zentrum der Betupfungsnadel entsteht. Wenn das zweite Teil 12 relativ
zum ersten Teil 11 in Richtung des Drucks der Druckfeder 16 gleitet, entsteht
eine Lücke
zwischen dem Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 und dem Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12. Wenn das zweite Teil 12 im ersten
Teil 11 gleitet, wirkt der Spalt 17 des ersten
Teils 11 als Luftdurchlass, durch den die im ersten Teil
eingeschlossene Luft herausgelassen werden kann, oder die äußere Luft
in das erste Teil eindringen kann.
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Die
Spitze des ersten Teils 11 hat eine Umgebung, die so geschnitten
ist, dass sie eine reduzierte Kontaktfläche mit dem Träger hat. Ähnlich hat die
Spitze des zweiten Teils 12 gegenüber dem Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 eine Umgebung, die so geschnitten ist,
dass sie eine reduzierte Kontaktfläche mit der hinteren Fläche der
Spitze des ersten Teils hat.
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Die 2(a) bis 2(d) veranschaulichen den
Betrieb der in 1(c) dargestellten Betupfungsnadel,
wie sie eine Lösung
DNS oder ähnlichem auf
einen wasserabsorbierende Träger,
zum Beispiel eine Nylonmembran, tupft.
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Wenn
der Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 durch die Wirkung der Druckfeder in Kontakt
mit dem Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 ist, kommuniziert die Kapillarröhre, die
den Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils bildet, mit der Kapillarröhre, die den Lösungszuführungsabschnitt
des zweiten Teils bildet. So wirken die Kapillarröhren, als
ob sie eine einzige Kapillarröhre
wären,
wenn die Spitze des ersten Teils 11 in die DNS-Lösung getaucht
wird. Das führt
dazu, dass die DNS-Lösung
mittels Kapillarwirkung den Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 durchwandert und den Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 füllt,
wie in 2(a) dargestellt.
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Wenn
der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 und der Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 durchgehend mit der DNS-Lösung gefüllt sind,
wird das zweite Teil 12 innerhalb des ersten Teils 11 gegen
die Kraft der Druckfeder 16 zum Gleiten gebracht, wie in 2(b) dargestellt. Das bewirkt, dass die Kapillarröhre, die den
Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 bildet, von der Kapillarröhre, die
den Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 bildet, getrennt wird, so dass die Kapillarwirkung
am Punkt der Trennung abbricht. Die DNS-Lösung
verbleibt aufgrund der Kapillarwirkung im Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11. Im Lösungsaufnahmeabschnitt 13 verbleibt
eine vorbestimmte Menge der DNS-Lösung, die durch die Dimensionen
der Kapillarröhre,
die den Lösungsaufnahmeabschnitt
bildet, bestimmt wird.
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Dann
wird, während
die DNS-Lösung
vom Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 bereitgehalten wird und der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 vom Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 getrennt ist, die Spitze des ersten Teils 11 in
Kontakt mit dem wasserabsorbierenden Träger 21, z. B. einer
Nylonmembran, gebracht. Das führt
dazu, dass die vom Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 bereitgehaltene DNS-Lösung von dem wasserabsorbierenden
Träger 21 absorbiert
wird und so einen Tupfer 22 bildet, wie in 2(c) dargestellt.
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Nachdem
der Tupfer 22 auf den wasserabsorbierenden Träger 21 aufgebracht
worden ist, wird die Spitze des ersten Teils 11 über den
wasserabsorbierenden Träger 21 angehoben,
wobei der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 immer noch vom Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 getrennt ist. Der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 ist nun leer. Dann wird der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 durch die Wirkung der Druckfeder 16 in
Kontakt mit dem Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 gebracht, wie in 2(d) dargestellt.
Das hat zur Folge, dass die Kapillarröhre, die den Lösungsaufnahmeabschnitt
des ersten Teils 11 bildet, erneut mit der Kapillarröhre, die
den Lösungszuführungsabschnitt 14 des
zweiten Teils 12 bildet, kommuniziert und so eine einzige
Kapillarröhre
entsteht. Dadurch wird die vom Lösungszuführungsabschnitt 14 des zweiten
Teils 12 bereitgehaltene Lösung durch die Kapillarwirkung
in den Lösungsaufnahmeabschnitt 13 des
ersten Teils 11 verschoben, so dass der Lösungsaufnahmeabschnitt 13 gefüllt wird.
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So
gelangt die Schrittfolge wieder zu dem in 2(a) dargestellten
Zustand zurück.
Durch Wiederholung dieser Schrittfolge von 2(a) bis 2(d) kann eine vorbestimmte Menge an Lösung sequentiell
auf eine Vielzahl von Nylonmembranen getupft werden.
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3(a) und 3(b) zeigen
schematisch typische Zustände
der Betupfungsnadel im Betrieb. Der Zweig 15 des zweiten
Teils 12 der Betupfungsnadel 10 wird an einem
Nadelkopf der Betupfungsvorrichtung (nicht dargestellt) befestigt,
so dass sich die Betupfungsnadel 10 in Reaktion auf die
Auf- und Abbewegung des Nadelkopfes als Ganzes auf und ab bewegt. 3(a) zeigt den Betupfungskopf in einem Bereitschaftszustand,
der 2(a) entspricht. 3(b) zeigt den Betupfungskopf in einem Betriebszustand,
der 2(c) entspricht. In 3(b) bewegt sich das zweite Teil 12 der
Betupfungsnadel 10 nicht, weil es an dem Nadelkopf der
Betupfungsvorrichtung befestigt ist. Andererseits wird das erste Teil 11 nach
unten weg vom Nadelkopf in die durch einen Pfeil 31 angedeutete
Richtung gedrückt,
und die Spitze kommt in Kontakt mit dem wasserabsorbierenden Träger 21.
Das hat zur Folge, dass die vorbestimmte Menge an Lösung, die
vom Lösungsaufnahmeabschnitt 13 an
der Spitze des ersten Teils 11 bereitgehalten wird, von
dem wasserabsorbierenden Träger 21 absorbiert
wird und einen Tupfer 22 bildet.
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Die
Druckfeder 16, die innerhalb der Betupfungsnadel 10 montiert
ist, erlaubt es, die Druckkraft zu steuern, wodurch es möglich wird,
die Form des Tupfers zu stabilisieren und die Lebensdauer der Betupfungsnadel
zu verlängern.
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Die 4(a) und 4(b) zeigen
eine andere Ausführung
der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel. 4(a) ist eine Seitenansicht, und 4(b) ist eine Querschnittsansicht. Während die
in den 4(a) und 4(b) dargestellte
Betupfungsnadel sich von der in den 1(a) bis 1(c) gezeigten in Aufbau eines Zweigs 45,
der sich vom Körper
des zweiten Teils 12 erstreckt, unterscheidet, sind andere Bereiche
im Wesentlichen ähnlich.
Entsprechend betrifft die folgende Beschreibung der zweiten Ausführung hauptsächlich die
Unterschiede zu der in den 1(a) bis 1(c) dargestellten Betupfungsnadel. In den 4(a) und 4(b) ist
zum leichten Verständnis
des Aufbaus eine Betupfungsnadel 40 in dem Zustand abgebildet,
in dem ein zweites Teil 42 in Richtung des Drucks einer
Druckfeder 46 gezwungen wird.
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In
der zweiten Ausführung
erstreckt sich der L-förmige
Zweig 45 im Gegensatz zu dem in der in 1(c) dargestellten ersten Ausführung vom Körper des zweiten Teils 42 vorwärts entlang
der Achse. Wenn der Lösungszuführungsabschnitt 44 des
zweiten Teils 42 durch die Druckfeder 46 in Kontakt
mit dem Lösungsaufnahmeabschnitt 43 des
ersten Teils 41 gebracht wird und mit ihm kommuniziert,
ragt die Spitze des L-förmigen
Zweigs 45 über
die Spitze des ersten Teils 41 hinaus. Der L-förmige Zweig 45 wirkt in
diesem Fall nicht als Halterung, mit der die Betupfungsnadel am
Nadelkopf der Betupfungsvorrichtung befestigt ist. Stattdessen wirkt
er als Stopper, wie später
beschrieben werden wird. Die Betupfungsnadel 40 der vorliegenden
Ausführung
wird auf die Betupfungsvorrichtung montiert, indem das hintere Ende
des ersten Teils 41 an dem Nadelkopf der Betupfungsvorrichtung
befestigt wird.
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Die 5(a) bis 5(c) zeigen
schematisch den Betupfungsvorgang der Betupfungsnadel 40,
die in den 4(a) und 4(b) dargestellt
ist. Das hintere Ende des ersten Teils 41 ist an dem Nadelkopf
der Betupfungsvorrichtung befestigt, so dass die Betupfungsnadel 40 sich
auch auf und ab bewegt, wenn sich der Nadelkopf auf und ab bewegt.
In dieser Ausführung
benötigt
der Nadelkopf nur einen Mechanismus, um die Betupfungsnadel 40 zu
befestigen, und er benötigt
keinen zusätzlichen
Mechanismus, um den Nadelkopf herunter zu drücken, wie es bei dem Nadelkopf
nötig ist,
an dem die Betupfungsnadel von 1(c) befestigt
ist.
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5(a) zeigt die Betupfungsnadel 40 oberhalb
einer geplanten Betupfungsposition auf dem wasserabsorbierenden
Träger 21 positioniert.
Wenn die Betupfungsvorrichtung den Nadelkopf zum wasserabsorbierenden
Träger 21 hin
herabsenkt, kommt die Spitze des L-förmigen
Zweigs 45 des zweiten Teils 42 zuerst mit dem
Träger 21 in
Kontakt, wie in 5(b) dargestellt. Wenn der Nadelkopf
weiter gesenkt wird, wie in 5(c) dargestellt,
wobei auf das erste Teil 41, wie durch einen Pfeil 51 angedeutet,
gedrückt
wird, gleitet nur das erste Teil 41 abwärts gegen die Kraft der Druckfeder 46,
während
die Abwärtsbewegung
des zweiten Teils 42 durch den L-förmigen Zweig 45 blockiert
ist. Folglich wird der Lösungsaufnahmeabschnitt 43 des
ersten Teils 41 vom Lösungszuführungsabschnitt 44 des
zweiten Teils 42 getrennt, und eine vorbestimmte Menge
an Lösung wird
durch die Kapillarwirkung von der Kapillarröhre, die den Lösungsaufnahmeabschnitt 43 bildet,
getrennt bereitgehalten. Die Menge der vom Lösungsaufnahmeabschnitt 43 bereitgehaltenen
Lösung
wird durch die Dimensionen der Kapillarröhre, die den Lösungsaufnahmeabschnitt 43 bildet,
bestimmt. Nun Bezug nehmend auf 5(d) kommt
die Spitze des ersten Teils 41 in Kontakt mit dem Träger 21,
wenn die Betupfungsnadel 40 weiter abgesenkt und das erste
Teil 41, wie durch einen Pfeil 52 angedeutet, herunter
gedrückt
wird, woraufhin die vom Lösungsaufnahmeabschnitt 43 bereitgehaltene
Lösung
zum wasserabsorbierenden Träger 21 wandert
und einen Tupfer 22 bildet.
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Nach
dem Bilden des Tupfers 22 auf dem wasserabsorbierenden
Träger 21 wird
der Nadelkopf angehoben. Der Lösungsaufnahmeabschnitt 43 des ersten
Teils 41 wird schließlich
durch die Wirkung der Druckfeder 46 mit dem Lösungszuführungsabschnitt 44 des
zweiten Teils 42 in Kontakt gebracht. Ein Teil der von
dem Lösungszuführungsabschnitt 44 des zweiten
Teils 42 bereitgehaltenen Lösung bewegt sich dann wegen
der Kapillarwirkung in den Lösungsaufnahmeabschnitt 43 des
ersten Teils 41 und füllt
so den Lösungsaufnahmeabschnitt 43 auf.
Die Folge der Ereignisse kommt so zurück zu dem Zustand, der in 5(a) dargestellt ist. Durch Wiederholen der in den 5(a) bis 5(d) abgebildeten
Folge von Arbeitsschritten, kann eine vorbestimmte Menge an Lösung nacheinander
auf eine Vielzahl von wasserabsorbierenden Trägern 21 getupft werden.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
Eine Betupfungsnadel 60 ist ähnlich der in 1(c) dargestellten Betupfungsnadel, mit dem Unterschied,
dass ein Lösungsreservoir
bereitgestellt wird. Ein erstes Teil 61 umfasst eine Kapillarröhre, die an
der Spitze ausgebildet ist und einen Lösungsaufnahmeabschnitt 63 darstellt.
Ein zweites Teil 62 umfasst ein Lösungsreservoir 67,
das als L-förmiger Zweig 65 ausgebildet
ist. Der L-förmige
Zweig 65 erstreckt sich in Richtung der Hinterseite der
Betupfungsnadel und wirkt als Halterung, die an dem Nadelkopf zu
befestigen ist. Das Lösungsreservoir 67 kommuniziert
mit der Kapillarröhre
durch einen Flussdurchlass 68 mit einer Krümmung, die
einen Lösungszuführungsabschnitt 64 des
Körpers
des zweiten Teils bildet. Die Nadelspitze ist direkt unter der Stelle
der Einwirkung einer Kraft 69 angeordnet, die aufgewandt
wird, um die Betupfungsnadel aufwärts oder abwärts zu bewegen.
Das Lösungsreservoir 67 kann
eine große
Menge an Lösung
speichern. So erlaubt die Betupfungsnadel 60 gemäß dieser
Ausführung,
Tupfer von gleicher Menge nacheinander auf einer Anzahl von Trägern mit
einer einzigen Füllung der
Lösung
zu bilden.
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7 zeigt
einen Querschnitt einer anderen Ausführung der Betupfungsnadel gemäß der Erfindung.
Diese Betupfungsnadel ähnelt
der in den 4(a) und 4(b) dargestellten,
mit dem Unterschied, dass ein Lösungsreservoir
hinzugefügt
ist. Ein erstes Teil 71 umfasst eine Kapillarröhre, die
an seiner Spitze ausgebildet ist und einen Lösungsaufnahmeabschnitt 73 darstellt.
Ein zweites Teil 72 wird in Form eines Lösungsreservoirs 77 bereitgestellt, das über einem
Zweig 75 ausgebildet ist, der sich in Richtung der Spitze
der Nadel erstreckt und als Stopper wirkt. Das Lösungsreservoir 77 kommuniziert
mit einer Kapillarröhre,
die einen Lösungszuführungsabschnitt 74 des
Körpers
des zweiten Teils 72 bildet, durch einen Flussdurchlass 78 mit
einer Krümmung. Die
Spitze der Nadel befindet sich direkt unter dem Punkt der Einwirkung
einer Kraft 79, die vom Nadelkopf für die Auf- und Abbewegung ausgeübt wird. Das
Lösungsreservoir 77 kann
eine große
Menge Lösung
aufnehmen. So ermöglicht
die Betupfungsnadel 70 es, Tupfer von gleicher Menge nacheinander
auf einer Anzahl von Trägern
mit einer einzigen Füllung der
Lösung
zu bilden.
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Die 8(a) und 8(b) zeigen
Querschnittsansichten einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
Die dargestellten Betupfungsnadeln 80 und 80' sind Abwandlungen
der mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Betupfungsnadeln, in denen
ein Lösungsreservoir 87 in
einem zweiten Teil 82 zur Verfügung gestellt wird. Ein zylindrisches
erstes Teil 81 umfasst eine Kapillarröhre, die an der Spitze ausgebildet
ist und einen Lösungsaufnahmeabschnitt 83 darstellt.
Ein zweites Teil 82 umfasst ein Lösungsreservoir 87,
das oberhalb einer Kapillarröhre
ausgebildet ist, die einen Lösungszuführungsabschnitt 84 darstellt,
von dem dem Lösungsaufnahmeabschnitt 83 des
ersten Teils 81 eine Lösung
zugeführt
wird. Ein Spalt ist in dem ersten Teil 81 entlang seiner
Achse ausgebildet. Ein Bereich des Spalts ist in einer Randrichtung
in Form eines Fensters vergrößert. Das
Fenster bildet einen Lösungseinlass 88,
durch den dem Lösungsreservoir 87 Lösung zugeführt werden
kann. Das Lösungsreservoir 87 kann
eine große
Menge Lösung
speichern, so dass Tupfer von gleicher Menge nacheinander auf einer
Anzahl von Trägern
mit einer einzigen Füllung der
Lösung
gebildet werden können.
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Die
in 8(a) dargestellte Betupfungsnadel 80 umfasst
einen L-förmigen
Zweig 85, der seitwärts aus
dem hinteren Ende des Körpers
des zweiten Teils 82 herausragt und sich dann rückwärts entlang der
Mittelachse des Körpers
erstreckt. Die in 8(b) dargestellte Betupfungsnadel 80' umfasst einen
linearen Zweig 85',
der sich vom hinteren Ende des Körpers
des zweiten Teils 82 entlang der Mittelachse des Körpers erstreckt
und durch eine am hinteren Ende des ersten Teils 81' gebildete Öffnung herausragt.
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Die
inneren Wände
und die axialen Schlitze in den ersten Teilen 81 und 81' wirken als
Gleitführung,
wenn das zweite Teil 82 auf den inneren Wänden der
ersten Teile 81 und 81' gegen die Kraft der Druckfeder 86 gleitet.
Das obere Ende der Zweige 85 und 85', die sich vom zweiten Teil nach
oben erstrecken, stellt eine Halterung zur Befestigung der Betupfungsnadel
am Nadelkopf der Betupfungsvorrichtung bereit, während das obere Ende des ersten
Teils 81 eine Kraft 89 vom Nadelkopf erfährt.
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9 zeigt
einen Querschnitt einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
Eine Betupfungsnadel 90 ähnelt der in den 4(a) und 4(b) dargestellten,
mit dem Unterschied, dass ein Lösungsreservoir
hinzugefügt
ist. Die Betupfungsnadel 90 ähnelt auch der Betupfungsnadel 70,
die in 7 dargestellt ist, wobei jedoch die Position des
Lösungsreservoirs
verschieden ist.
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Ein
erstes Teil 91 umfasst eine Kapillarröhre, die an dessen Spitze ausgebildet
ist und einen Lösungsaufnahmeabschnitt 93 darstellt.
Das obere Ende des ersten Teils 91 ist am Nadelkopf der
Betupfungsvorrichtung befestigt. Ein zweites Teil 92 umfasst
eine Kapillarröhre,
die einen Lösungszuführungsabschnitt 94 zur
Zuführung
der Lösung
an den Lösungsaufnahmeabschnitt 93 darstellt,
und ein Lösungsreservoir 97,
das am oberen Ende des Lösungszuführungsabschnitts 94 bereitgestellt
wird. Von dem zweiten Teil 92 erstreckt sich ein L-förmiger Zweig 95,
der als Stopper wirkt, nach außen,
ragt seitwärts
durch einen Schlitz, der im ersten Teil 91 ausgebildet
ist, hervor und erstreckt sich dann nach vorne. Ein Bereich des
Spalts, der entlang der Achse des ersten Teils 91 ausgebildet
ist, ist in einer Randrichtung in Form eines Fensters vergrößert. Das Fenster
bildet einen Lösungseinlass 98,
durch den dem Lösungsreservoirs 97 des
zweiten Teils 92 Lösung zugeführt werden
kann. Da das Lösungsreservoir 97 in
der Lage ist, eine große
Menge an Lösung zu
speichern, können
Tupfer von gleicher Menge nacheinander auf einer Anzahl von Trägern mit
einer einzigen Füllung
der Lösung
gebildet werden. Die innere Wand und der Schlitz des ersten Teils 91 wirken als
Gleitführung,
wenn das zweite Teil 92 auf der inneren Wand des ersten
Teils 91 gegen die Kraft der Druckfeder 96 gleitet.
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Die 10(a) und 10(b) zeigen
eine andere Ausführung
der erfindungsgemäßen Betupfungsnadel.
Die Betupfungsnadel umfasst ein Teil 104, das eine Vielzahl
von mit Lösungsreservoir
versehenen Lösungszuführungsabschnitten
aufweist und das mit einem anderen Teil 103 gekoppelt ist, das
eine Vielzahl von Lösungsaufnahmeabschnitten (Kapillarröhren) aufweist.
Diese Betupfungsnadel ist in der Lage, eine Vielzahl von Tupfern
gleichzeitig zu bilden. Das Teil 104 mit der Vielzahl von
mit Lösungsreservoirs
versehenen Lösungszuführungsabschnitten
und das Teil 103 mit der Vielzahl von Lösungsaufnahmeabschnitten können entweder
miteinander in Kontakt stehen, wie in 10(a) dargestellt,
oder voneinander getrennt sein, wie in 10(b) dargestellt.
Experimente können
vereinfacht werden, wenn die Spezifikation der Lösungsreservoirs in Übereinstimmung
mit der der 96-Loch- oder 384-Loch-Mikroplatten gebracht wird. Verwendet
man nur dem Teil 103 mit den mehrfachen Lösungsaufnahmeabschnitten
können
mehrere Arten von DNS-Lösungen
quantitativ und simultan auf einen wasserabsorbierenden Träger getupft
werden.
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Weiterhin
können
bei Verwendung des Teils 103 mit den mehrfachen Lösungsaufnahmeabschnitten
zusammen mit dem Teil 104 mehrere Arten von DNS-Lösungen nacheinander und quantitativ
getupft werden. Die zwei Platten 103 und 104 können abnehmbar
an die Betupfungsvorrichtung montiert werden. In diesem Fall wird
keine Mikroplatte zur Speicherung der Biopolymere benötigt. Indem
das Teil 104 mit der Vielzahl von mit Lösungsreservoirs versehenen
Lösungszuführungsabschnitten
aus Plastik hergestellt wird, kann das Teil 104 billig
und als Wegwerfartikel gefertigt werden, und auch die Kontamination
der Lösung
kann verhindert werden.
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Die 11(a) und 11(b) zeigen
Querschnittsansichten eines anderen Beispiels des Aufbaus der Betupfungsnadel,
die es erlaubt, eine Vielzahl von quantitativen Tupfern gleichzeitig
zu bilden. 11(a) entspricht 10(a), während 11(b) 10(b) entspricht.
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Das
Teil 104 mit der Vielzahl von mit Lösungsreservoirs versehenen
Lösungszuführungsabschnitten
umfasst mehrere Gruppen mehrerer Kapillarröhren, die die Lösungszuführungsabschnitte 114 und
die mehrfachen großen
Lösungsreservoirs 117, die
mit den entsprechenden Kapillarröhren
verbunden sind, bilden. Das Teil 103 mit den mehrfachen Lösungsaufnahmeabschnitten
umfasst mehrere Kapillarröhren,
die die Lösungsaufnahmeabschnitte 113 bilden.
Die innere Wand 111 des Teils 103 wirkt als Führung entlang
der das Teil 104 auf dem Teil 103 gleiten kann.
Alle Lösungsaufnahmeabschnitte 113, Lösungszuführungsabschnitte 114 und
Lösungsreservoirs 117 sind
so gruppiert, dass sie eine unabhängige Betupfungsnadel bilden,
wie sie oben beschrieben ist.
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12 zeigt
ein Beispiel der Betupfungsvorrichtung. Die Betupfungsvorrichtung
umfasst einen Nadelkopf 122, an dem die Betupfungsnadeln 121 unten
montiert werden, einen X-Motor 123X zum Fahren des Nadelkopfes 122 entlang
der Richtung der X-Achse,
einen Z-Motor 123Z zum Fahren des Nadelkopfes 122 entlang
der Richtung der Z-Achse, eine Grundfläche 124 und einen
Y-Motor 123Y zum Fahren der Grundfläche 124 entlang der
Y-Richtung. Auf der Grundfläche 124 ist
ein Tisch 126 montiert, der mehrere wasserabsorbierende
Träger 125,
z. B. Nylonmembranen, trägt,
und eine Mikroplatte 128, die mehrere Arten von Biopolymerlösungen,
z. B. DNS, enthält.
Als Betupfungsnadeln 121 kommen die oben beschriebenen
erfindungsgemäßen Betupfungsnadeln
zum Einsatz.
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Die
Positionen des Nadelkopfes 122 in X- und Z-Richtung werden
durch den X-Motor 123X und den Z-Motor 123Z genau
gesteuert, und die Position der Grundfläche 124 in Y-Richtung
wird durch den Y-Motor 123Y genau gesteuert. So können gleiche Mengen
mehrerer Arten von Biopolymerlösungen nacheinander
auf die mehreren wasserabsorbierenden Träger 125 getupft werden.
Wenn eine andere Art von Biopolymerlösung, die in der Mikroplatte 128 enthalten
ist, unter Verwendung der selben Betupfungsnadeln nacheinander getupft
werden soll, werden die Betupfungsnadeln zur Vermeidung einer Kontamination
der Lösung
von einer Nadelwascheinrichtung 129 gewaschen, bevor die
nächste
Biopolymerlösung
in die Betupfungsnadeln geladen wird. Das Waschen der Nadeln geschieht
durch eine Kombination von Ultraschallreinigung und Vakuumtrocknung.
Speziell werden die Nadeln nach dem Gebrauch einmal vakuumgetrocknet,
mit Ultraschall gewaschen und dann noch einmal vakuumgetrocknet. Auf
diese Weise kann die Kontamination der Lösungen verhindert werden, und
mehrere Arten von Biopolymerlösungen
können
zum Beispiel auf eine Nylonmembran getupft werden.
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Die
Biopolymerlösung
kann auf die folgende Weise in die Betupfungsnadeln der Erfindung
gefüllt werden.
Wenn keine sequentielle Betupfung nötig ist, wird die Biopolymerlösung vor
jeder Betupfung nur in den Lösungsaufnahmeabschnitt
an der Spitze des ersten Teils gefüllt, so dass jedes Mal eine
quantitative Betupfung durchgeführt
werden kann. Dann wird die Biopolymerlösung in den Lösungszuführungsabschnitt
des zweiten Teils gefüllt,
so dass eine sequentielle Betupfung durchgeführt werden kann. Durch Eintauchen
der Spitze direkt in die Biopolymerlösung, während der Lösungsaufnahmeabschnitt des ersten
Teils mit dem Lösungszuführungsabschnitt des
zweiten Teils verbunden ist, kann die Lösung durch die Kapillarwirkung
in den Lösungszuführungsabschnitt
des zweiten Teils gefüllt
werden. Wenn es nötig
ist, eine große
Menge Biopolymerlösung
auf eine Anzahl von Trägern
zu tupfen, werden Nadeln mit großen Lösungsreservoirs als Betupfungsnadeln eingesetzt,
und die Biopolymerlösung
kann von oben in die Lösungsreservoirs
gefüllt
werden.
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So
können
gemäß der Erfindung
gleiche Mengen mehrerer Arten von Betupfungslösungen, die Biopolymere wie
z. B. DNS, RNS und Proteine enthalten, in einer sequentiellen und
stabilen Weise auf einen wasserabsorbierenden Träger getupft werden.