(57)【要約】マイクロアレイ・スポッティング機器のプリントヘッド内の様々な可能な取り付け位置にあるピンなど、スポット・ディスペンサの存在（または不在）を自動的に感知する方法および装置が提供される。この方法および装置によって得られるピン位置データは機器のコンピュータ・コントローラに提供され、コントローラはそのデータを使用して機器の動作中にプリントヘッドの動きを制御する。ピン検出装置は、ピンの存在についてプリントヘッド内の可能なピン位置を自動的に感知する１つまたは複数のセンサ要素を含む。各ピン位置でピンの検出を同時に行うことができるように、センサ要素は、プリントヘッドのピン位置のアレイに対応するアレイに配置されることが好ましい。プリントヘッド内のピンを見つけるためには、各種タイプのセンサ要素を使用することができる。例えば、プリントヘッドから離れたセンサ、またはプリントヘッドに取り付けたセンサを使用することができる。プリントヘッドの上方または下方を含む、プリントヘッドに相対的な様々な位置からピン位置を感知するピン・センサを使用することができる。また、ピンの感知は、接触機構によるものでも、非接触的な機構によるものでもよい。この方法および装置は、プリントヘッド内のピンの位置を迅速かつ正確に判定することを可能にし、脆弱なピンを損傷する著しい危険性を伴わない。
2004515744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロアレイ・スポッティング機器のプリントヘッド内のどのピン位置がピンによって占められているかを判定する方法であって、ピン検出装置を提供すること、および、ピン検出装置を使用して所与のピン位置にピンがあるかどうかを自動的に検出することを含む方法。
【請求項２】
前記ピン検出装置が、所与のピン位置にピンがあるかどうかを感知するセンサを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサが、接点と前記ピンとの間の電気伝導を検出するための接点および回路を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接点が、プリント回路基板のプローブ穴を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記接点が可撓である請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記接点がばねによって取り付けられる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記接点が導電性のゴム・パッドを含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記センサがピンのピンヘッドの存在を感知する請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記センサがピンの先端の存在を感知する請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサが歪みゲージ・センサを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサが圧電センサ要素を含む請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサがマイクロスイッチを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサが容量センサを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサが誘導センサを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘導センサが、少なくともピンの一部を受ける穴を含む空心コイル・インダクタを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記誘導センサが、それぞれがピンの一部を受けるように適合された、間隔があけられているが近接したコイルの対を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記センサが光センサを含む請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ピン検出装置が穴を有するプレートを含み、前記ピン検出装置を使用することが、前記穴に真空を作ること、前記プリントヘッドの所与のピン位置にピンが位置する場合は前記ピンが前記穴に挿入されるように、前記プリントヘッドを前記プレートに対して位置決めすること、および、前記穴の中の圧力の変化を感知することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ピン検出装置が段を有する表面を含み、前記装置を使用することが、所与のピン位置が前記段の上方に位置するように前記プリントヘッドを前記段に対して位置決めし、前記所与のピン位置にピンが位置する場合は前記ピンが前記段によって支持され、前記ピンのピンヘッドがプリントヘッドに対して高くなること、および、前記プリントヘッドに対して高くなったピンヘッドを感知することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ピン検出装置が、各ピン位置にあるピンの存在を同時に検出するための、配置上前記プリントヘッドの前記ピン位置の対応するセンサ要素のアレイを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ピンが中実のピンを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ピンが２つに割れたピンを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ピンが管状のピンを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
ピン検出装置を使用して、プリントヘッド内の高くなった位置にピンが詰まっているかどうかを自動的に検出することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
マイクロアレイ・スポッティング機器のプリントヘッド内のどのピン位置がピンによって占められているかを判定する装置であって、各前記ピン位置にピンがあるかどうかを自動的に検出する少なくとも１つのセンサ要素を含む装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのセンサ要素が、接点と前記ピンの間の電気伝導を検出するための接点および回路を含む請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記接点が、プリント回路基板のプローブ穴を含む請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記接点が可撓である請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記接点がばねによって取り付けられる請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記接点が導電性のゴム・パッドを含む請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのセンサ要素が、ピンのピンヘッドの存在を感知する請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのセンサ要素がピンの先端の存在を感知する請求項２５に記載の装置。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのセンサ要素が歪みゲージ・センサを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項３４】
前記少なくとも１つのセンサ要素が圧電センサ要素を含む請求項２５に記載の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのセンサ要素がマイクロスイッチを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項３６】
前記少なくとも１つのセンサ要素が容量センサを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのセンサ要素が誘導センサを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項３８】
前記誘導センサが、少なくともピンの一部を受ける穴を含む空心コイル・インダクタを含む請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記誘導センサが、それぞれがピンの一部を受けるように適合された、間隔が空けられているが近接したコイルの対を含む請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのセンサ要素が光センサを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのセンサ要素が、穴を有するプレートを含む真空センサと、前記穴に真空を作る手段と、前記穴の中にピンを置くことによる前記穴における圧力の変化を感知する前記穴にある圧力トランスデューサとを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４２】
前記少なくとも１つのセンサ要素が、段を有する表面と、前記ピンが前記段によって支持されるようにプリントヘッドを前記段に対して配置したときに、プリントヘッド内の高くなったピンのピンヘッドを検出するセンサとを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４３】
前記少なくとも１つのセンサ要素が、各ピン位置内のピンの不在または存在を同時に検出するための、配置上前記プリントヘッド内の前記ピン位置に対応するセンサ要素のアレイを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４４】
前記ピンが中実のピンを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４５】
前記ピンが２つに割れたピンを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４６】
前記ピンが管状のピンを含む請求項２５に記載の装置。
【請求項４７】
前記少なくとも１つのセンサ要素が、プリントヘッド内の高くなった位置にピンが詰まっているかどうかも自動的に検出する請求項２５に記載の装置。
【請求項４８】
複数のピンを保持するプリントヘッドと、
少なくとも１つのマイクロアレイ基板を保持する基板ステーションと、
前記プリントヘッドを使用して前記少なくとも１つのマイクロアレイ基板上に置かれるサンプル材料を保持するウェル・ステーションと、
前記プリントヘッドを移動する位置決め機構と、
前記プリントヘッドの動きを制御するコントローラと、
前記プリントヘッドの１つまたは複数のピン位置内のピンの不在または存在を自動的に検出するピン検出装置とを含むマイクロアレイ・スポッティング機器。
【請求項４９】
マイクロアレイ・スポッティング機器において、機器のプリントヘッドのどのピン位置がピンによって占められているかについての情報を、機器を操作するコントローラに提供する方法であって、
ピン位置にピンがあるかどうかを自動的に感知し、それを示す信号を生成すること、および、
その信号をコントローラに送ることを含む方法。
【請求項５０】
マイクロアレイ・スポッティング機器のプリントヘッド内のピンが高くなった位置で詰まっているかどうかを判定する方法であって、
ピンヘッドに取り付けられたピンの先端をターゲット材料の容器に浸すこと、
スポットするマイクロアレイ基板の上方にプリントヘッドを位置決めすること、
プリントヘッドを下げ、ピンの先端を基板と接触させて、基板上にスポットをプリントし、その工程中にプリントヘッドのピンをプリントヘッドに対して高くなった位置に移動すること、
プリントヘッドを上げて基板からピンを離すこと、および、
ピン検出装置を使用して、プリントヘッドのピンが高くなった位置に詰まっているかどうかを自動的に検出することを含む方法。
【請求項５１】
ピンが高くなった位置に詰まっていると検出されると、スポッティング機器の動作を停止することをさらに含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
ピンが高くなった位置に詰まっていると検出されると警告を発することをさらに含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
機器の制御シーケンスを再設定して、高くなった位置に詰まっていると検出されたピンの使用を回避することをさらに含む請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、一般にはマイクロアレイ・スポッティング機器に関し、より詳細には、そのような機器のプリントヘッド内の特定位置でピンの存在を検出する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
（関連技術の説明）
よく知られるように（また、例えば、Ｂｒｏｗｎ他に発行された米国特許第５，８０７，５２２号や、Ｓｃｈｅｎａ，Ｍａｒｋ著「ＤＮＡ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ」ニューヨーク市、オックスフォード大学出版、１９９９年刊、ＩＳＢＮ  ０−１９−９６３７７６−８に記載されるように）、マイクロアレイとは、固体の基板上に何百あるいは何千の小さなスポットからなる格子として配置された、精製ＤＮＡまたは蛋白質のターゲット材料の非常に小さなサンプルのアレイである。マイクロアレイを選択したプローブ材料にさらすと、ハイブリダイゼーションと称される工程を通じて、相補的な結合部位が生じるところでのみプローブ材料が選択的にターゲット・スポットに結合する。続いて蛍光マイクロアレイ・スキャナによる定量走査を使用して、蛍光強度の画素マップを作成することができる（例えば、ＤｅＷｅｅｒｄ他に発行された米国特許第５，８９５，９１５号を参照）。この蛍光強度マップを次いで専用の定量アルゴリズムで解析することができ、これにより、蛍光プローブの相対的な濃度、したがってプローブ・サンプルを抽出した細胞に存在する遺伝子発現のレベル、蛋白質の濃度などが明らかになる。
【０００３】
マイクロアレイ基板は、一般に、マイクロアレイ・ターゲット材料のスポット・サンプルの分子レベルの付着を可能にするように化学処理したガラスで作られる。マイクロアレイ基板は、一般に、標準的な顕微鏡スライドと同じサイズおよび形状であり、約２５ｍｍ×７５ｍｍ×厚さ１ｍｍである。アレイ範囲は、基板の端から約１．５ｍｍ以内まで延ばすことができ、あるいはより小さくすることもできる。ターゲット材料（通例はＤＮＡ）のスポットはほぼ円形である。スポットの直径は通例、使用する注入またはスポッティング技法に応じて、約７５ミクロンから約５００ミクロンである。スポットの中心間の間隔は、通例、１．５から２．５スポット直径の範囲に入る。
【０００４】
図１Ａは、原寸に比例して示されていないが、従来技術によるマイクロアレイ１００の平面図である。この図面で、１つ１つの円は、長方形のガラス基板１０１の上に配置されたターゲット材料の微小のスポットを表す。スポットは、基板１０１に対して拡大して表している。説明の便宜上、図には基板の狭い範囲を覆う数個のスポット（６×６のアレイ）だけを示している。しかし、通例、標準的なマイクロアレイには何千ものスポットが配置され、スポットが基板のほぼ全体を覆うこともある。
【０００５】
マイクロアレイ基板上にスポットを配置するにはいくつかのよく知られる方法があり、スポットを配置する機器は一般に「スポッティング機器」と呼ばれる。この機器の１つはインクジェット・プリンタと同様の仕組みであり、サンプル容器から真空によって数マイクロリットルのサンプルが空洞の管または針の中に吸い込まれる。そして、管のノズル端から１滴または複数滴のサンプルが基板上に放出され、スポットを形成する。
【０００６】
他のスポッティング機器は、スポット・ディスペンサとしてピンを使用する。このスポッテッィング法は一般に、（１）サンプル容器内の液体サンプルにピンを浸し、毛管現象または表面張力によっていくらかの量を取り上げる、（２）マイクロアレイ基板上の所定の位置にピンを移動する（通例はロボット・アームを使用する）、（３）ピンを下げてその先端と基板を接触させることからなる。慣性または表面張力によりサンプル材料の一部が基盤に移され、マイクロアレイ・スポットを形成する。
【０００７】
ピンは、いくつか異なる形態のものが市販されている。最も単純なピンは中実のものである。図１Ｂは、そのような従来技術の中実ピン１０２の一例を示すが、これはピンヘッド１０４および軸１０６を含む。ピンヘッド１０４と軸１０６はいずれもほぼ円筒形で、同軸上に配置される。軸１０６の直径は約１ｍｍであり、ピンヘッド１０４の直径よりも小さい。軸１０６の一端または先端１０７は先細、あるいは鋭利になっており、もう一端がピンヘッド１０４に取り付けられる、あるいはピンヘッドと一体になっている。通例先端は小さな平坦部を含み、この平坦部の面積が（サンプル液とマイクロアレイ基板の表面特性と合わせて）、ピンによって形成されるスポットのサイズを決定する。中実のピンは単純かつ頑丈であるが、ウェル内のターゲット材料に浸す際に通例は１スポットを形成するだけの材料しか吸い上げない。このため、スポッティング機器は、プリントするマイクロアレイ・スポットごとにピンを１回浸す必要がある。
【０００８】
別のタイプの知られるピンは、容器に再度浸すことが必要となるまでに、数個、あるいは数百ものスポットを形成するだけのターゲット材料をサンプル容器から保持することができる。このタイプのピンの１つ（図示せず）は、先端に軸方向の溝状の切り込みを有する中空の円筒管から形成される（例えば、Ｒｏａｃｈ他に発行された米国特許第５，７７０，１５１号を参照）。このピンは、毛管現象により管および切り込みにサンプル液を吸い上げ、マイクロアレイ基板と接触すると毛管現象により少量のサンプル液を基板上に置く。このピンの取り込み量は、その後１回分の処理中に他のマイクロアレイ基板と接触して数十のスポットを形成するのに十分なものである。
【０００９】
別のタイプの複数スポット供給ピンは、軸の先端に隙間または溝を有する中実の「ツー・ピース」ピン（図示せず）である。このタイプのピンは、毛管現象により液体を隙間または溝に引き上げ、ピンを基板に軽く当てることによりピンが急速に減速すると液体の慣性によって少量を基板上に置く。このピンの場合も、供給されてスポットを形成する量はサンプル取り込み量に比べて少なく、サンプル液にピンを浸すたびに数十個のスポットを形成するのに十分なサンプル材料が吸い上げられる。
【００１０】
例えばＴｅｌｅＣｈｅｍ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社から入手可能な、さらに別のタイプの複数スポット供給ピンは、外見上はツー・ピースからなるピンに似るが、仕組みはやや異なる。このピンは中実で、先端が錐体に先細り末端は小さな四角形の平坦部になっている。先端を横切って小さな溝が切り込まれており、サンプル液を保持するための容器を提供する。ピンの先端はわずかにねじれ、または曲げられ、溝のある先端のツー・ピースが互いに近づけられる。使用する際は、この溝のあるピンをサンプル液に浸すと、少量（例えば、何分の１マイクロリットル）のサンプルが毛管現象によって溝の中に吸い上げられる。また、このピンの特有の形状および材料により、溝の中の非常に少量の液体が分割されたピンの先端の２つのセグメントに運ばれる。次いで、ピンをマイクロアレイ基板と接触させると、ピンの先端にあるサンプル部分が毛管現象により引き寄せられ、スポットを形成する。
【００１１】
それぞれのタイプのピンは、非常に精密な許容誤差で製造し、ピンによって形成される各スポットが確実に制御された大きさになるようにしなければならない。こうした厳しい仕様の結果、これらのタイプのピンは高価である（例えば一般には１本のピンで数百ドル）。またこれらのピンは、ピンの先端が非常に小さく精密に成形されていることから非常に脆弱である。このため、損傷を回避するために、基板または他の硬い物体と接触させる際に先端には非常に小さな力しか加えることができない。
【００１２】
通例、スポッティング機器は１回ずつまとめてマイクロアレイを形成する。例えば、スポッティング機器は１回の「走行」で、最高で１００個の同一のマイクロアレイを形成することができる。スポットする１回分のマイクロアレイを完成するだけのスポットを形成すると、一般には、ピンは洗浄して（余分な液体ターゲット材料を除去するため）、乾燥させなければ別のターゲット材料容器に浸すことができない。したがって、「ピンタイプ」のスポッティング機器を用いてマイクロアレイを形成する工程には、（１）ターゲット材料の容器の上にピンを位置決めするステップ、（２）ピンの鋭利な端を容器の中に浸すステップ、（３）容器からピンの鋭利な端を引き上げるステップ、（４）マイクロアレイのアクティブな範囲内の選択された位置の上にピンを移動するステップ、（５）ピンを下げ、ピンの鋭利な端とマイクロアレイ基板を接触させて、選択された位置に制御された大きさのスポットを１つ形成するステップ、（６）ピンを上げてピンの鋭利な端を基板から離すステップ、（７）ピンに保持されたターゲット材料の供給量がなくなるか、作成する回分のマイクロアレイに所望数のスポットが配置されるまでステップ（４）、（５）、および（６）を繰り返すステップ、（８）ピンを洗浄液の流れの中に入れるか、または洗浄液の容器内にピンを浸すことによりピンを洗浄するステップ、および（９）ピンを乾燥させるステップが含まれる。スポッティング機器はこれらの全ステップを多数回繰り返して１つのマイクロアレイを形成する。
【００１３】
マイクロアレイは通例何千ものスポットを含むので、１本のみのピンを使用してマイクロアレイを形成するときわめて時間がかかる。このため、スポッティング機器は通例、数本のピンを同時に操作するように設計される。図１Ｃ、１Ｄ、および１Ｅはそれぞれ、最高で１６本のピン１０２を同時に保持することができる単純化したプリントヘッド１１０の側面図、上面図、および透視図である。プリントヘッド１１０は通例は金属である材料のブロックであり、１６個の貫通孔または孔１１２のアレイを含んでいる。孔１１２は、ピン軸１０６の外側直径よりもわずかに大きく、軸は孔１１２を通じて延在することができる。また孔１１２はピンヘッド１０４の外側直径よりも小さく、ピン軸を孔１１２の１つに落とすと、プリントヘッド１１０の上面によってピンヘッド１０４が支持される。ピンはしたがってプリントヘッドの孔に「スリップフィット」する。図１Ｆおよび１Ｇはそれぞれ、中に１６本のピンを取り付けたプリントヘッドの側面図および上面図である。
【００１４】
図１Ｈは、プリントヘッド１１０を下げてピン１０２の先端を基板１０１と接触させ、それにより基板上に１６個のターゲット材料のスポットを同時に形成する様子を表す。図に示すように、通例プリントヘッドは必要なよりもさらに約１ｍｍ下げて、ピンの先端を基盤１０１と接触させる。スリップフィットさせることにより、ピンの先端に著しい力を加えることなく、プリントヘッドの上面をピンヘッドの底部よりも下まで下げることができる。ピンの先端に加わる力が、（１）主として、ピンの重量と、スリップフィットの摩擦による微小な付加的な力の合計によって決まり、かつ（２）慣性力の影響を著しくは受けないように、プリントヘッドは十分にゆっくりと下げることが好ましい。プリントヘッドを下げてピンの先端を基板と接触させ、それによりマイクロアレイ上にスポットを形成する動作は一般に「プリンティング」と呼ばれる。
【００１５】
時にピンはプリントヘッド内の「上方（ｕｐ）」位置、または高くなった位置、すなわち図１Ｈに示す位置で詰まってしまうことがある。ピンの重量は一般には０．４〜１．０グラムであり、重力に依存して引き下ろされ、その結果プリントヘッドを持ち上げたときにプリントヘッドの上面にピンヘッドが載る（図１Ｆに示すように）。例えばピン軸についたほこりや指の油、またはわずかに曲がった軸によって生じる摩擦で、ピンがその静止位置に正確に落下することが妨げられる場合がある。ピンが上方位置で詰まっている場合、そのピンはプリンティングに使用するのには適さない。このため、プリントヘッド内に上方位置で詰まっているピンがないかどうかを迅速かつ正確に判定する方法および装置が必要とされている。
【００１６】
市販のプリントヘッドは４〜７２個の孔を備えており、したがって４〜７２本のピンを取り付けることができる。市販の容器は複数のウェルまたは個別の容器を備え、プリントヘッドに装着された各ピンを個別のウェルに浸すことができる。マイクロアレイを作成するのに有用な２つの一般的な容器は、「９６ウェル・プレート」と「３８４ウェル・プレート」である。これらの各プレートは長方形のウェルアレイを備え、各ウェルが液体ターゲット材料の固有のサンプルを保持することができる。図１Ｉは９６ウェル・プレートの平面図である。９６ウェル・プレートでは、個々の容器の中心間の間隔は９．０ｍｍであり、３８４ウェル・プレートでは個々の容器の中心間の間隔は４．５ｍｍである。これに対応して、市販されるプリントヘッドの隣接する孔の中心間間隔は９．０ｍｍまたは４．５ｍｍである。ピンタイプのスポッティング機器は一般に、１つまたは複数のプレート（例えば９６ウェルまたは３８４ウェル）を保持または操作するための機構、プリントヘッド、プリントヘッドの動きを制御するロボット・マニピュレータ、複数の基板を保持するための機構、ピンの洗浄機、および乾燥機を含む。
【００１７】
多くのスポッティング機器では、ユーザが容易にプリントヘッドに触れることができ、必要とされるピンの数と配置によってプリントヘッドを設定する。多くの場合、３２本以上のピンを取り付けることのできるプリントヘッドには、４、８、あるいは１６本のピンしか取り付けない。プリントヘッドは、いくつかの理由によりすべての孔を埋めないことがある。第１に、ユーザは、コンパクトなスポット・パターンの完成マイクロアレイを望む場合がある。例えば、すべての孔を埋めた４８ピンのプリントヘッドで作成したアレイは、おそらく１８ｍｍ×５４ｍｍの大きさになる。このサイズのアレイは、それを覆うのに多量の蛍光プローブ材料を必要とするのに十分な大きさであり、プローブのハイブリダイゼーション反応を確実に均一にするために特殊な注意を必要とする。第２に、プリントヘッドにおけるピンの間隔が、ウェル・プレートのウェルの間隔に対応しない可能性がある。例えば、９６ウェル・プレートは９．０ｍｍの中心間隔でウェルを有し、３８４ウェル・プレートは４．５ｍｍの中心間隔でウェルを有する。９６ウェル・プレートと合わせてピン間隔が４．５ｍｍのプリントヘッドをスポッティングに使用する場合、プリントヘッドの４つに１つの孔にしかピンを埋めることができず、さもないとすべてのピンがプレートのウェルの位置と合わなくなる。第３に、ユーザはプリントヘッドを埋めるのに使用できるだけのピンを持たないことが考えられる。ピンは損傷しやすく、また高価である。ユーザの多くは、各自のマイクロアレイ・プロセスを最初に見定めている間、完全なピンのセットを購入せず、かつ／または損傷したピンをすぐには取り替えない可能性がある。
【００１８】
スポッティング機器は、１つまたは複数のコンピュータ・コントローラによる一連の反復的な運動を通じて駆動されるロボット・マニピュレータ・アームを含む。プリントヘッドおよび／またはマイクロアレイ・サンプル・プレートおよび／またはマイクロアレイ基板は、相互に対して３次元（すなわちＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸）でロボット・アームによって動かされる。先に触れたように、スポッティング・サイクルには、サンプルの吸い上げ（ピンを特定プレートの特定ウェルに浸す）、スポッティング（１つまたは複数のマイクロアレイ基板上の特定位置にサンプルのスポットを置く）、そしてプリントヘッドのピンの洗浄と乾燥が含まれる。それに続く各プリント・サイクルは、ピンをプレート（または次のプレート）上の次の一連のウェルに浸し、基盤上の次のスポット位置にプリントするように、プリントヘッドのピンの位置を指定し（ｉｎｄｅｘ）て行われる。機器のコントローラは、サンプルの吸い上げの位置とプリントの運動の指定をサイクルごとに把握し、制御する。
【００１９】
市販のピンタイプのスポッタ機器では、コントローラがこれらの位置決めタスクを実行するために、どのプリントヘッド位置がピンによって占められているかを示すパラメータが知られ、制御プログラムに入力されなければならない。知られるスポッティング機器では、この情報はユーザにより、英数字の情報として、またはグラフィカル・ユーザ・インタフェースの表示を使用して手動で入力される。ユーザが誤って不正確なピン位置情報を入力すると、スポッティング・エラー、さらにはピンの損傷さえも生じかねない。一般に、ピンの位置は、プリントヘッドが小さく取り付けたピンがごく少ない場合には視覚による点検で容易に判定することができる。しかし、３２本あるいはそれ以上の何十本ものピンを取り付けることのできるプリントヘッドの場合は、ピンの位置を判定して、それを手動で制御コンピュータに入力するのは厄介であり、エラーが起こりやすい。このため、ピンタイプのスポッタ機器のピン位置を迅速かつ正確に判定する方法および装置が必要とされている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
（発明の簡単な概要）
マイクロアレイ・スポッティング機器のプリントヘッド内の様々な可能な取り付け位置にあるピンなどのスポット・ディスペンサの存在（または不在）を自動的に感知する方法および装置が提供される。この方法および装置によって得られるピン位置データは機器のコンピュータ・コントローラに提供され、コントローラは機器の動作中にそのデータを使用してプリントヘッドの動きを制御する。本発明によるピン検出装置は、ピンの存在を求めてプリントヘッドの可能なピン位置を自動的に感知する１つまたは複数のセンサ要素を含む。センサ要素は、各ピン位置でピンの検出を同時に行えるように、プリントヘッド内のピン位置のアレイに対応するアレイに配置されることが好ましい。ピン検出装置は、プリント動作中に「上方」位置で詰まっているピンがないかどうかも検出することが好ましい。
【００２１】
本発明によりプリントヘッド内のピンを見つけるには、各種タイプのセンサ要素を使用することができる。例えば、プリントヘッドから離れたセンサ、またはプリントヘッドに取り付けられたセンサを使用することができる。プリントヘッドの上または下を含む、プリントヘッドに相対的な様々な位置からピン位置を感知するピン・センサを使用することができる。また、本発明によるピン感知は、接触メカニズムによるものでも非接触メカニズムによるものでもよい。
【００２２】
本発明の方法および装置は、プリントヘッド内のピン位置を迅速かつ正確に判定することを可能にし、脆弱なピンを損傷させる著しい危険性は伴わない。
【００２３】
本発明の上記およびその他の特徴および利点は、本発明の最良の態様の例示として本発明の実施形態を示し、説明する以下の詳細な説明から容易に明らかになろう。認識されるように、本発明は、この他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細には様々な点で修正を加えることができ、いずれも本発明から逸脱することはない。したがって、図面および説明は本質的に説明的なものであって、特許請求の範囲に示す応用例の範囲を制限または限定する意味に解釈すべきではない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の性質および目的をより完全に理解できるように、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照されたい。
【００２５】
同様の参照符号は複数の図面で同様の部分を表す。
【００２６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、一般に、マイクロアレイ・スポッティング機器のプリントヘッド内の様々な可能な取り付け位置にあるピンなどのスポット・ディスペンサの存在（または不在）を自動的に感知する方法および装置を対象とする。この方法および装置によって得られるピン位置データは機器のコンピュータ・コントローラに提供され、コントローラは機器の動作中にそのデータを使用してプリントヘッドの動きを制御する。より具体的には、コントローラはピン位置データを利用して、後続のプリントされるマイクロアレイの１つまたは複数について、サンプルの吸い上げとマイクロアレイ・スポットのプリントの動作におけるプリントヘッドの適切な位置決め座標を決定する。ピン・センサはエラー状態をユーザに報告することもできる。
【００２７】
本発明によるピン位置の感知は、機器の使用中の任意時に必要に応じて行うことができる。ただし、本発明のシステムは、１回分のマイクロアレイについてのマイクロアレイ・スポッティング機器の動作の初期化プロセスを自動化するのに特に有用である。プリントヘッドのピン構成は１回分のプリント中に変化することはないと思われるので、ピン位置は通例、１回分のマイクロアレイについてのプリント動作の開始時にのみ決定すればよい。
【００２８】
本発明のピン感知方法および装置は、上方または高くなった位置で詰まっているピン（すなわち、プリント動作中にプリントヘッドを基板から持ち上げたときに、プリントヘッドに対して持ち上がったままになっているピン）がないかどうかを検出するためにも使用できることが好ましい。いずれかのピンが上方位置で詰まっていると判定された場合は、スポッティング機器の動作を停止する、かつ／または機器の操作者に警告を出すことができる。また、下記で述べるように、あるピンが上方位置で詰まっているのが分かった場合、スポッティング機器は自動的に機器の制御シーケンスを再設定して、ピン・リフタ機構を用いて、詰まったピンの使用を回避することができる。
【００２９】
図２は、本発明によるスポッティング機器２００の単純化したブロック図である。機器２００は、コンピュータ・コントローラ２１０（例えばマイクロプロセッサ・コントローラ）、プリントヘッド１１０、プリントヘッド位置決め機構２１２（例えば、１つまたは複数のロボット・マニピュレータ・アーム）、ピン検出装置２１６、１つまたは複数のマイクロアレイ基板を保持する基板ステーション２１８、および液体ターゲット材料の１つまたは複数の容器を保持するウェル・ステーション２２０（例えば９６ウェル・プレート）を含む。ロボット・マニピュレータ・アーム２１２はプリントヘッド１１０（および、下記で述べるようにプリントヘッドに取り付けた場合は装置２１６）をコントローラ２１０によって選択された位置に移動する。（位置決め機構は通常マイクロアレイ基板とウェル・プレートとに対してプリントヘッドを移動するが、プリントヘッドを静止状態に保ち、基板とウェル・プレートをプリントヘッドに相対的に動かすことを実現されたい。あるいは、プリントヘッド、基板、およびウェル・プレートをすべて可動式にしてもよい。）
図３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態によるピン検出装置３００の底面図および側面図を表す。装置３００は、複数の個々の感知要素、すなわち電気接点３０２を有する感知プレートを備える。感知プレートは、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）構造を備えることができる。電気接点３０２は、プリントヘッドの可能なピン位置のアレイに対応するアレイで配置される。（例えば、図に示すように、感知プレートは、１６ピンのプリントヘッドの１６個のピン孔に対応するように配置された１６個の接点を有することができる。）図３Ｂに示すように、使用する際は、位置決め機構（すなわちロボット・マニピュレータ・アーム２１２）を使用して、感知プレートの下方でプリントヘッド１１０の位置を合わせ、プレートの接点をそれぞれ、プリントヘッド１１０の対応するピン孔の位置と合わせる。そして、位置決め機構の上方向（Ｚ軸）への動きによってプリントヘッド１１０の頂部を感知プレートの方向に動かして、プリントヘッド１１０内のピン１０２のピンヘッド１０４を感知プレートの接点３０２と接触させる。
【００３０】
先に述べたように、プリントヘッドとピンは通例金属などの導電性材料からなる。したがって、プリントヘッドの各ピン孔にあるピンの存在を電気的に感知することができる。本発明によると、プリントヘッドに（およびしたがってプリントヘッドと接触しているピンに）電圧を印加する。感知プレートの接点は接地する。（あるいは、プリントヘッドを接地し、感知プレートの接点に電圧を印加する。）それぞれの接点で個々に電気伝導を感知して、対応するピン位置にピンがあるかどうかを判定する。各接点で伝導が感知されるかどうかを示す信号が生成され、コントローラ２１０に送られる。
【００３１】
電圧源は、プリントヘッドに（あるいは感知プレートの接点に）交流（ＡＣ）を印加することが好ましい。ＡＣが好ましいのは、そのパーセンテージの一部が容量的に結合することができることから、直流（ＤＣ）よりも良好な結果を提供する可能性が高いためである。容量結合は、例えば部品の酸化などにより接点とピンの間の電気接触が不良である場合に必要になることがある。酸化がある場合の伝導を改善するために、周波数１〜１００ｋＨｚおよびピーク間電圧５〜１０ボルトの交流を提供することが好ましい。
【００３２】
感知プレートの接点は、ピンヘッドとの確実な電気接触を提供するように構成される。ピンヘッドの高さは十分に厳密な許容差内に保持されない、あるいはわずかに凹んでいる場合があるので、接点は、ピンのアレイ全体にわたって十分な接触を提供するために可撓性があることが好ましい。接点は、例えば、スプリング・ピン、導電性のゴム・パッド、あるいはＬＣＤアプリケーションに使用されるものなど何らかのタイプのエラストマからなることができる。
【００３３】
センサ装置３００の一利点は、それが脆弱なピンの先端１０７に触れずにピン１０２の存在または不在を感知する点である。このため、センサ装置３００はピンを損傷する危険にさらすことなく動作することができる。ピンヘッド１０４は比較的凹凸があるので、センサ要素によって著しい力がピンヘッドに加わる可能性がある。
【００３４】
図４Ａおよび４Ｂは、本発明の別の実施形態による代替のピン感知装置４００を表す。図４Ａは、装置４００の平面図である。装置３００と同様に、装置４００は、例えばＰＣＢ構造で複数の接点４０２を有する感知プレートを備える。接点は、プリントヘッドのピン孔の位置に対応するアレイで配置される。装置４００は、ピンの先端１０７との接触を通じてプリントヘッド内のピン１０２の存在を感知するものである。図４Ｂは、感知プレートの接点４０２と係合したピン先端１０７の拡大図である。図に示すように、接点は、例えばＰＣＢタイプのプローブ穴として形成された環状の感知領域からなることが好ましい。
【００３５】
使用する際は、位置決め機構（すなわちロボット・マニピュレータ・アーム２１２）を使用してプリントヘッド１１０を感知プレートの上方で位置を合わせ、プレートの各接点をプリントヘッド１１０の対応するピン位置と一致させる。次いで位置決め機構の下方への動きによりプリントヘッド１１０を感知プレートに向けて動かして、プリントヘッド１１０のピン１０２の先端１０７を感知プレートの接点４０２と接触させる。図４Ｂに示すように、先端１０７が接点４０２の穴に挿入される。
【００３６】
装置３００と同様に、プリントヘッド（および、したがってプリントヘッドと接触しているピン）に電圧を印加する。感知プレートの接点は接地する。（あるいは、プリントヘッドを接地し、感知プレートの接点に電圧を印加する。）各接点で電気伝導を個々に感知して、対応するピン位置にピンがあるかどうかを判定する。各接点で伝導が感知されるかどうかを示す信号が生成され、コントローラ２１０に送られる。
【００３７】
装置３００と同様に、ＡＣはそのパーセンテージの一部が容量的に結合することが可能であることからＤＣよりも良好に機能する可能性が高いので、電圧源にはＡＣを使用することが好ましい。容量結合は、例えば酸化のために接触の不良がある場合に必要となることがある。酸化がある場合の伝導を改善するために、周波数１〜１００ｋＨｚ、ピーク間電圧５〜１０ボルトのＡＣを提供することが好ましい。
【００３８】
接点４０２をプローブ感知領域として構成することは、ピンの先端が接点４０２の穴に受けられるため、脆弱なピン先端への損傷が低減される点で有利である。
【００３９】
図５Ａおよび５Ｂは、本発明の別の代替実施形態によるピン検出装置５００を表す。装置５００は、プリントヘッドのピンとの物理的接触を検出する複数の歪みゲージ・ユニット５０２を有する感知プレートを備える。よく知られるように、歪みゲージは、表面に付けられた金属線など歪みに反応する要素を含んでいる。（例えば表面に重量が加わった結果）表面が歪むと、線が伸び、歪みの変化に比例する電気抵抗の変化を受ける。抵抗の変化を測定するにはホイートストン・ブリッジ回路などの回路を使用することができる。
【００４０】
歪みゲージ・ユニット５０２は、プリントヘッド１１０の可能なピン位置のアレイに対応するアレイで配置されることが好ましい。動作の際は、位置決め機構２１２を使用してプリントヘッドを感知プレートの上方に配置し、感知プレートと位置を合わせる。そしてピン感知プレート５００の上にプリントヘッドを下げて、プリントヘッドのピン１０２の先端１０７が感知プレート５００の対応する歪みゲージ・ユニットと接触し、かつ、歪みゲージ・ユニットによって支持されるようにする。ピンの重量により、ピン先端と接触している各歪みゲージ・ユニットに歪みが生じる。この結果、所与の歪みゲージ・ユニットに生じた歪みの存在が、プリントヘッドの対応するピン位置にあるピンの存在を示すことになる。
【００４１】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明のさらに別の実施形態によるピン・センサ装置６００を表す。装置６００は、複数のセンサ要素を有するピン感知プレートを備える点で装置５００に似る。しかし、歪みゲージ・ユニット５０２のアレイを使用する代わりに、圧電センサ要素６０２のアレイを使用してプリントヘッド中のピンの存在を検出する。よく知られるように、圧電材料は機械的に歪みが加えられると電荷を発生する。
【００４２】
圧電センサ要素６０２は、プリントヘッド１１０のピン位置のアレイに対応するアレイで配置することが好ましい。動作の際は、プリントヘッド１１０をピン感知プレート６００の位置と合わせてプレートの上に下げ、プリントヘッド１１０のピン１０２の先端１０７を、感知プレート６００の対応する圧電センサ要素６０２と接触させる。ピンの重量により、ピン先端１０７と接触したそれぞれの圧電センサ要素６０２で電荷が生じる。所与の圧電センサ要素６０２で検出された電荷は、それによりプリントヘッド１１０の対応するピン位置にあるピン１０２の存在を示す。
【００４３】
図７Ａおよび７Ｂは、本発明のさらに別の実施形態によるピン・センサ装置７００を表す。ピン・センサ装置７００は、プリントヘッド内のピンの存在を検出する、複数の弱いマイクロスイッチ７０２を有する感知プレートを備える。
【００４４】
マイクロスイッチ７０２は、プリントヘッド１１０のピン位置のアレイに対応するアレイに配置することが好ましい。動作の際は、プリントヘッド１１０をピン感知プレート７００の位置と合わせてプレートの上に下げ、プリントヘッド１１０のピン１０２の先端１０７を、感知プレート７００の対応するマイクロスイッチ７０２と接触させる。ピン先端１０７とマイクロスイッチ７０２との機械的接触によりマイクロスイッチが（力が弱くても）作動し、それによりプリントヘッドの対応するピン位置にあるピンの存在を示す。
【００４５】
図８Ａ〜８Ｃは、本発明のさらに別の実施形態によるピン検出装置８００を表す。装置８００は、好ましくはＰＣＢ構造を有し、かつプリントヘッド内のピンの存在を検出するための複数の近接センサ、好ましくは容量センサ８０２を含む感知プレートを備える。容量センサ８０２は、プリントヘッド１１０のピン位置のアレイに対応するアレイに配置する。容量センサ８０２は、ピンの先端１０７がセンサに近接すると、ピンの先端がセンサと接触していなくともそれを感知することができる。
【００４６】
動作の際は、高周波のＡＣ信号（例えば１〜１００ｋＨｚの範囲）をプリントヘッド１１０に印加する。プリントヘッド１１０を動かしてピン感知プレート８００と位置を合わせ、プレート８００に向かって動かして、プリントヘッド１１０のピン１０２の先端１０７を、感知プレート８００の対応する環状センサ８０２に近接させる。各センサは発振器を含んでおり、この周波数はセンサに接続されたインダクタンス・キャパシタンス（ＬＣ）回路によって決まる。プリントヘッドのピン１０２を個々のセンサの近くに動かすと、相互キャパシタンスが発振器の周波数を変化させる。この変化を検出することにより、プリントヘッド１１０の対応するピン位置にあるピンの存在が示される。変化がない場合は、ピンがないことを意味する。
【００４７】
図８Ｂおよび８Ｃは、異なる形（８０２および８０２’）のセンサの例を表す。センサの性能を向上するために、センサは、わずかな容量性ギャップ幅および／またはより大きな容量性ギャップのフェース領域を有することにより、誘電性結合を高めるように構成される。
【００４８】
図９Ａおよび９Ｂは、本発明のさらに別の実施形態によるピン・センサ装置９００を表す。装置９００は、プリントヘッドのピンの存在を検出する複数の誘導センサ９０２を含む感知プレート（好ましくはＰＣＢ構造）を備える。誘導センサは、プリントヘッド１１０のピン位置のアレイに対応するアレイに配置することが好ましい。誘導センサ９０２は、好ましくはピンに接触せずにピンの先端の存在を感知する。各誘導センサ９０２は、例えば磁気ワイヤなどを多数回巻きつけたプラスチック・ボビンなど、空心コイル・インダクタを含むことが好ましい。インダクタ９０２の中心にピン１０２を挿入することによりそのインダクタンスが大幅に増し、これが、ＡＣ電流をコイル中に通す回路中のインピーダンスの変化として感知される。
【００４９】
動作の際は、プリントヘッド１１０をピン感知プレート９００の位置と合わせてプレートに向けて動かし、プリントヘッド１１０のピン１０２の先端１０７の少なくとも一部を、感知プレート９００の対応する誘導センサ９０２の中心に挿入する。感知プレート９００の誘導センサ９０２でインダクタンスが変化すると、プリントヘッド１１０の対応するピン位置にあるピン１０２の存在が示される。変化がない場合は、ピンがないことを意味する。
【００５０】
図１０は、センサ９０２の代わりに感知プレート９００で使用することのできる代替の誘導センサ１００２を表す。センサ１００２は、２つの隣接する（しかし個別の）コイル、すなわちドライバ・コイル１００４および感知コイル１００６を備える。ドライバ・コイル１００４にはＡＣ電流が印加される。ピン１０２がない場合、コイル１００４と１００６の間にはほとんど相互結合インダクタンスがなく、感知コイル１００６にはほとんどＡＣ電流が流れない。しかし、図に示すようにプリントヘッド１１０から金属ピン１０２がコイル中に挿入されている場合は、結合が大幅に増し、感知コイル１００６内のＡＣ電流の流れが測定可能なまでに増す。感知コイル１００６で測定される電流の流れは、したがって、センサ１００２にピン１０２があることを意味する。変化がない場合はピンがないことを意味する。
【００５１】
図９Ｂおよび１０の誘導センサは、プリント回路基板上では、１コイル、２コイルのらせん、またはらせん状の構成の平面導電性トレースとして実装することができる。それぞれのコイルがおよそ３回の巻きを有し、基板の各側に１つの３巻きトレース・コイルを置く２コイル機構が好ましい。約３００〜４００ｍＡ（ピーク間）で約１０〜１００ｋＨｚの電流源からの方形波によって１つのコイルを駆動させると、もう一方のコイルで誘導により確実にピンが検出される。この機構は、ボビンに巻いた複数の個別のワイヤ・コイルを回路基板に取り付け、接続するコストと複雑性を必要とせずに堅牢性を提供する。
【００５２】
図１１は、本発明の別の実施形態による真空感知装置１１００を表す。装置１１００は、プリントヘッド中にピン１０２の先端１０７を受けるための複数の穴１１０２と、穴１１０２に真空状態を作る真空機構１１０４とを有する感知プレートを備える。穴１１０２は、プリントヘッドの可能なピン位置のアレイに対応するアレイに配置される。圧力の変化を検出するために、それぞれの穴に圧力トランスデューサ１１０６が提供される。
【００５３】
動作の際は、プリントヘッドを動かしてピン感知プレート１１００と位置を合わせ、プレートに向かって動かして、プリントヘッド１１０のピン１０２の先端１０７を感知プレート１１００の対応する穴１１０２に挿入する。ピンの先端が挿入されたそれぞれの穴では、ピンが、穴の開口部に流れ込む周囲の気流を少なくとも部分的に妨害する。この結果、穴１１０２の中で真空度が増し（かつ圧力が下がり）、この圧力の変化が個々の圧力トランスデューサ１１０４によって感知され、プリントヘッドの対応するピン位置にあるピン１０２の存在を示す。
【００５４】
図１２は、本発明の別の実施形態による光学ピン・センサ装置１２００を表す。装置１２００は、光エミッタ・プレート１２０２および光ディテクタ・プレート１２０４を含む。エミッタ・プレート１２０２は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）など複数の光エミッタ１２０６を含む。光エミッタ１２０６は、プリントヘッド１１０の可能なピン位置に対応するアレイに配置される。光ディテクタ・プレート１２０４は、同じくアレイに配置された複数の光ディテクタ１２０８（例えば、光ダイオードや光トランジスタ）を含み、それぞれの光ディテクタ１２０８は、エミッタ・プレート１２０２の光エミッタ１２０６からの光信号と位置が合わせられ、光信号を受け取ることができる。
【００５５】
図１２に示すように、使用する際は、エミッタおよび受信側プレート１２０２、１２０４をプリントヘッド１１０の各側に置き（プリントヘッドの上と下）、対応するエミッタ、ディテクタおよびピン孔の位置を合わせる。孔が空の場合（すなわちピンを含んでいない場合）、対応するエミッタ１２０６からの光はプリントヘッド１１０を貫通し、対応する光ディテクタ１２０８によって検出され、ディテクタはそれに応答して光の検出を示す信号を生成する。孔の中に位置するピンがある場合、エミッタからの光はそれに対応する光ディテクタによって受け取られず、信号は出力されない。このような方式で、プリントヘッド１１０のそれぞれの孔を同時に調べてピンの存在または不在を検出することができる。
【００５６】
上記の各種の装置はそれぞれ、プリントヘッドのすべてのピン位置内のピンの存在または不在を同時に感知するセンサ要素のアレイを含むことが好ましいが、１つまたはわずか数個の上記のようなセンサ要素を備え、各ピン位置にピンがあるかどうかを順次感知するために、そのセンサ要素に相対的にプリントヘッドを動かす装置も提供することができる。
【００５７】
図１３は、本発明のさらに別の実施形態による光センサ装置１３００を表す。図１３は、プリントヘッドの底面図であり、プリントヘッドのピンを水平方向に走査する、装置１３００の光エミッタ１３０２と光ディテクタ１３０４とを示している。エミッタとディテクタは、ピンアレイの向かい合った側に置かれる。エミッタによって発されディテクタによって受け取られる光は、点線１３０６で示す線（すなわち「視線」）に沿い、この線は、個々のピンを個別に検出できるようにプリントヘッドのＸ軸とＹ軸に対する所定の角度になる。使用する際は、プリントヘッドおよび／またはエミッタ／ディテクタの対を、Ｘ軸またはＹ軸に沿って互いに相対的に動かす。プリントヘッドの各ピンは、走査中の所定の期間に、エミッタ／ディテクタの対の間で光を個別に妨害することができる。この結果、各ピン位置を個別に調べてピンがあるかないかを知ることができる。
【００５８】
図１４は、本発明の別の実施形態による光センサ装置１４００を表す。装置１４００は、プリントヘッド１１０内のピン１０２のピンヘッド１０４を調べてピンの存在を判定する。図面に示すように、このスポッティング機器は試験用の段１４０２を備える。プリントヘッド１１０を上げ下げして、試験用の段１４０２の上に各ピン穴を順次置いていく。図１４に示すように孔にピンがある場合は、ピンヘッド１０４が他のピンおよびプリントヘッド１１０に対して高くなる。装置１４００は、プリントヘッドの上方に位置する光エミッタ１４０４と光ディテクタ１４０６を含み、これらは、エミッタからディテクタへの光信号が妨害されるか否かに基づいて、孔の中のピンの存在または不在を検出する。
【００５９】
図には示していないが、複数のエミッタ／ディテクタの対を備え、プリントヘッドのピンの行全体を同時に調べる装置１４００も提供することができる。この場合、試験用の段は、行全体を支持するように構成しなければならない。エミッタ／ディテクタの対は、調べるピンの行に垂直な線に沿って光信号を送受信する。
【００６０】
本発明のさらに別の代替実施形態によると、図１４に示す光センサ装置１４００に代えて非光学式のセンサを使用することができる。このようなセンサの１つは、プリントヘッド上の誘導センサとして空心コイル・インダクタ（図９Ａおよび９Ｂに関して上記で説明したのと同様のもの）を備えることができる。このセンサはプリントヘッドの上方に配置し、調べるピン孔の上で降下させることができる。孔にピンが存在する場合は、ピンのピンヘッドが高くなり（試験用の段によってピンが支持されるため）、空心コイルの巻心に挿入される。巻心内にピンヘッドがあるとコイルのインダクタンスが大幅に増し、ＡＣ電流をコイルに通す回路中のインピーダンスの変化として感知することができる。
【００６１】
さらに別の代替実施形態では、空心コイル・センサに代えて他のタイプの誘導センサを使用することができる。例えば、上記で図１０に示したタイプの二重コイルの誘導センサを使用することができる。また、誘導センサ以外のセンサも使用することができる。例えば、マイクロスイッチ（先の図７Ａおよび７Ｂに示すものと同様のもの）またはホール効果センサを使用して高くなったピンヘッドを検出することができる。
【００６２】
図１５は、本発明のさらに別の実施形態による感知装置１５００を表す。この装置は、試験用の段１５０６の対の間に位置するピンの先端１０７を検出するように配置された光エミッタ１５０２と光ディテクタ１５０４を含む。したがって、プリントヘッド１１０を試験用の段１５０６に対して上げ下げし、プリントヘッド１１０の各ピン孔を感知領域（すなわち、２つの試験用の段の間）の上方の位置に順次置いて行く。孔の中にピン１０２が位置する場合、ピンの先端１０７がエミッタ１５０２からディテクタ１５０４への光ビームまたは信号を妨害し、したがって感知される。感知機構１５００の利点の１つは、プリントヘッド自体に配線または機構が必要でないことである。
【００６３】
プリントヘッドのピンの検出には、例えば反射光センサを含む他のタイプの光センサも使用することができる。反射光センサは光信号を発し、感知する物体からの信号の反射を検出する。このような光センサは感知するピン孔に近接して配置する。孔の中にピンが位置する場合、センサは反射光信号を受け取り検出する。孔にピンがない場合は、センサは反射信号を受け取らない。反射光センサは、上記の光感知装置それぞれで使用することができる。
【００６４】
本願と同日に出願された、ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＣＯＭＰＡＣＴ  ＭＩＣＲＯＡＲＲＡＹＳという名称の同時係属の米国特許出願第０９／５２７，８９３号（整理番号ＧＳＩ−００２）は参照により本明細書に組み込む。上記の出願は、コンパクトなマイクロアレイの作成に使用することのできる各種のピン・リフタの機構を記載している。本発明により構築されるマイクロアレイ・スポッティング機器は、本願に記載されるセンサ装置と併せてそのようなピン・リフタ機構を使用して、マイクロアレイの製造を容易にすることができる。例えば、センサがプリントヘッドの特定のピン孔に取り付けられたピンがないことを検出した場合、スポッティング機器はその孔に対応するピン・リフタは作動させる必要がないことを知る。センサを使用して、あるピン・リフタによって制御される孔のグループに取り付けられたピンがある場合には、どのピンが取り付けられているかを検出することもできる。また、本発明によると、あるピンが上方（すなわち高くなった）位置に詰まっていることをピン検出装置が感知した場合、スポッティング機器は自動的に機器の制御シーケンスを再設定して、ピン・リフタを介してその詰まったピンを使用することを避けることができる。ピン・リフタは、そのピンをサンプルに浸すことを回避するために、好ましくは少なくとも５ｍｍの十分な移動距離を有することが好ましい。
【００６５】
上記の装置には本明細書に含まれる本発明の範囲から逸脱せずに特定の変更を加えることができるため、上記の説明中に含まれる、あるいは添付図面に示す内容はすべて説明的な意味に解釈し、限定的な意味に解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
従来技術によるマイクロアレイの上面図である。
【図１Ｂ】
従来技術によるピンの側面図である。
【図１Ｃ、１Ｄ、および１Ｅ】
それぞれ、従来技術によるプリントヘッドの側面図、上面図、および透視図である。
【図１Ｆおよび１Ｇ】
それぞれ、１６本のピンを取り付けた図１Ｃ、１Ｄ、および１Ｅに示すプリントヘッドの側面図および上面図である。
【図１Ｈ】
図１Ｆおよび１Ｇに示すプリントヘッドを基板の上に下げて、プリントヘッドに取り付けたピンを基板と接触させてマイクロアレイのスポットを形成する様子を示す側面図である。
【図１Ｉ】
従来技術による９６ウェル・プレートの平面図である。
【図２】
本発明によるスポッティング機器の簡略化したブロック図である。
【図３Ａ】
本発明の一実施形態によるピン検出装置の底面図である。
【図３Ｂ】
図３Ａのピン検出装置を使用して、プリントヘッド内のピンの存在を検出する際の側面図である。
【図４Ａ】
本発明の別の実施形態によるピン検出装置の上面図である。
【図４Ｂ】
図４Ａの装置のセンサ要素の拡大透視図である。
【図５Ａ】
本発明の別の実施形態による、歪みゲージ・ユニットを有するピン検出装置の上面図である。
【図５Ｂ】
図５Ａのピン検出装置を使用してプリントヘッド内のピンの存在を検出する際の側面図である。
【図６Ａ】
本発明の別の実施形態による、圧電センサ要素を使用したピン検出装置の上面図である。
【図６Ｂ】
図６Ａのピン検出装置を使用してプリントヘッド内のピンの存在を検出する際の側面図である。
【図７Ａ】
本発明の別の実施形態による、マイクロスイッチ・センサ要素を使用したピン検出装置の上面図である。
【図７Ｂ】
図７Ａのピン検出装置を使用してプリントヘッド内のピンの存在を検出する際の側面図である。
【図８Ａ】
本発明の別の実施形態による、容量センサ要素を使用したピン検出装置の平面図である。
【図８Ｂおよび８Ｃ】
図８Ａの装置で使用することのできる容量センサの例の拡大透視図である。
【図９Ａ】
本発明の別の実施形態による、誘導センサ要素を使用したピン検出装置の上面図である。
【図９Ｂ】
図９Ａの装置内の誘導センサの拡大透視図である。
【図１０】
図９Ａの装置で使用することのできる代替の誘導センサの拡大透視図である。
【図１１】
本発明の別の実施形態による、真空機構を使用したピン検出装置の透視図である。
【図１２】
本発明の別の実施形態による光感知を使用したピン検出装置の側面図である。
【図１３】
本発明の別の実施形態による光感知を使用したピン検出装置の底面図である。
【図１４】
本発明の別の実施形態による光感知を使用したピン検出装置の側面図である。
【図１５】
本発明の別の実施形態による光感知を使用したピン検出装置の側面図である。
【図１Ａ】
2004515744.tif 000003
【図２】
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2004515744.tif 000005
【図１０】
2004515744.tif 000006
【国際公開パンフレット】
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2004515744.tif 000008
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515744.tif 000041
2004515744.tif 000042
【国際調査報告】
2004515744.tif 000043
2004515744.tif 000044
2004515744.tif 000045