高吞吐量微阵列定位系统及方法

专利名称：高吞吐量微阵列定位系统及方法
技术领域：
本发明涉及阵列中少量液体的基质上的沉积物，特别地，本发明涉及用于在例如显微镜载玻片的基质上沉积生物材料的定位和排列装置及方法。
背景技术：
定位阵列，例如那些由加州Santa Clara市的Affymetrix公司使用Affymetrix417TM排列装置制造的定位阵列，被广泛地用于产生关于生物系统的信息。这些数据的分析可以导致新药品和新诊断工具的发展。随着定位阵列的应用的扩展，增加了对于能够在一个合理的时间内制作大量定位阵列的装置和方法的需求。另外，由于定位操作可能持续发生数小时，因而增加了对于该过程更高的自动化程度的需求，以减少人的交互作用并增加可靠性和准确性。

发明内容
在此描述的装置和方法针对于这些和其它的需求。现在详细参考示例性而非限定性的实施例。各种其它的可选例、修改例和等价例都是可能的。例如，在使用参考用Affymetrix417TM排列装置制成的定位阵列的示例性实施例所描述的某些系统、方法及计算机软件产品时，这些系统、方法及产品并不局限与此。例如，它们通常可以应用于许多其它探测阵列和平行生物测定。
根据在此描述的一个优选实施例，描述了一种定位系统，其包括支持多个多个微量培养板的微量培养板夹持器。该系统的一种微量培养板操作装置从该微量培养板夹持器取回具有多个孔的第一微量培养板。一种或多种沉积元件从第一微量培养板中接收生物材料，并将该生物材料沉积在一个或多个基质上。在该系统中也包括有一种清洁装置，该装置在其沉积生物材料后对沉积元件进行清洗。该系统的计算机具有处理器和存储单元。可执行的计算机程序指令存储于该存储单元，在被处理器执行时，该指令提供一种或多种图形用户接口，该接口为用户提供以下选项选择第一微量培养板的选项、将至少一种探测材料与第一微量培养板的一个或几个孔相联系的选项、以及将位于一个或多个基质上的一个或多个位置与一个或多个孔相联系的选项。
根据一个具体的实施例，其中描述了一种用于从旋转式传送带自动取回多个多个孔板的方法，其中每个孔板都具有底表面和可移除的塞。该方法包括从旋转式传送带取回从多个孔板中选出的一块孔板的步骤，以及从孔板保持器中的操纵臂接收所选定的孔板的步骤。
根据一些优选实施例，其中描述了一种用于操纵夹持着生物材料的微量培养板的系统。该系统包括夹持多个微量培养板的旋转式传送带；从旋转式传送带取回选定微量培养板的操纵臂；从操纵臂接收所选定的微量培养板的微量培养板容器；以及将操纵臂导引到旋转式传送带以便于取回所选微量培养板并将该操纵臂导引到微量培养板容器的控制器。所选定的微量培养板可以具有多个孔，这些孔能够装有探测材料，例如配合基体、受体、蛋白质、蛋白质片段、肽、核酸(RNA或DNA的寡核苷酸或多核苷酸)、抗体、小分子或其它生物分子中的任何一种或几种。该旋转式传送带可以绕垂直轴旋转。该旋转式传送带可以包括径向设置的部分，每部分具有一个或多个用于夹持微量培养板的狭槽。该操纵臂可以包括一个纵向支撑部分，该部分终止于一个向上延伸的突起。该纵向支撑件可以具有一个长度，该长度足以使所选微量培养板设置在支撑件上而该突起伸出微量培养板的端部，从而在微量培养板从旋转式传送带向微量培养板容器的传送过程中将微量培养板紧固于支撑件。操纵臂可以包括一个或多个吸取装置，该装置被构造和设置得，至少在微量培养板从旋转式传送带向微量培养板容器的传送过程中，或者在从微量培养板容器向旋转式传送带的传送过程中，将所选微量培养板的底表面紧固到操纵臂。该操纵臂可以进一步地被构造和设置得，从微量培养板容器向旋转式传送带送回所选微量培养板。微量培养板传送臂可以与操纵臂相连接，并被构造和设置得，在控制器的控制下在旋转式传送带和微量培养板容器之间枢轴转动。微量培养板传送臂还可以进一步地被构造和设置得垂直地移动操纵臂以接近旋转式传送带中的多个位置。
在上述实施例的一些实施例中，微量培养板包括一个可移除的塞，而操纵臂被进一步的构造和设置，以在微量培养板被微量培养板容器接收时选择性地移除该塞。在这些实施例的各个方面中，操纵臂包括一个或多个吸取装置，这些吸取装置被构造和设置得用于将该塞从所选微量培养板移开。上述实施例的所选微量培养板的底表面可以包括多个孔底部，每个具有一个半径，而微量培养板容器可以包括一个或多个用于容纳孔底部半径的基准特性，以相对于微量培养板容器定位所选微量培养板。在这些方面中，该一个或多个基准特性可以包括至少一个锥体和槽基准特性。在这些或其它方面中，微量培养板容器可以包括一个或多个有角度的元件，所述元件被构造并设置得，在微量培养板容器从操纵臂接收所选微量培养板时将所选微量培养板导引到微量板保持器。
根据其它的实施例，其中描述了一种用于操纵夹持生物材料的微量培养板的方法。该方法包括下列步骤绕垂直轴旋转多个微量培养板以接近所选的微量培养板；取回所选微量培养板；并向微量培养板容器提供所选微量培养板。所选微量培养板可以具有多个孔，它们适于并被构造为夹持探测材料，该材料从由配合基体、受体、蛋白质、蛋白质片段、肽、核酸(RNA或DNA的寡核苷酸或多核苷酸)、抗体、小分子、或其它生物分子中的一种或多种所构成的组中选出。根据一些实施例，描述了一种用于操纵夹持着生物材料的微量培养板的系统。该系统包括用于使多个微量培养板绕垂直轴旋转以接近所选微量培养板的装置；用于取回所选微量培养板的装置；以及用于将所选微量培养板提供该微量培养板容器的装置。
根据一些优选实施例，也描述了一种用于清洗一个或多个沉积元件的系统，该沉积元件用于沉积生物试样的沉积点。在一些实施例中，该系统包括能够存储不同溶剂的第一和第二贮液器；沉积元件可以被设置于其中的清洗室；连接到贮液器的至少一个泵；顺次地或同时地选择性地启动第一和第二泵的控制器；以及将一个或多个清洗室的入口与泵相连接的导管，以使得清洗溶剂在控制器的控制下进入清洗室。因此，沉积元件可以在清洗室中用两种或多种不同溶剂进行清洗，可以顺次地、同时地，或者一起施加这些溶剂。通常，之后沉积元件从清洗室被移到一个单独的干燥室。然而，在一些实施例中，一些其它的入口可以被提供给清洗室，以使得可以应用一种干燥剂，例如强力通风或吸取空气。流体干燥剂也可以被使用并，在一些实施例中，两种溶剂可以包括一种流体清洗溶剂和一种流体干燥剂。
根据一些优选实施例，描述了一种用于清洗一个或多个沉积元件的系统，该沉积元件用于沉积生物材料。该系统包括第一贮液器，其被构造和设置为存储第一溶剂；第二贮液器，其被构造和设置为存储第二溶剂；清洗室，其被构造和设置为容纳沉积元件并具有至少一个入水口和至少一个排水口；与第一贮液器流体连通的第一泵；与第二贮液器流体连通的第二泵；控制器，其与第一和第二泵相连接，并被构造和设置为顺次或同时地选择性地启动第一和第二泵；第一导管，其与至少一个入水口及第一泵流体连通，其被构造和设置为在控制器启动第一泵时将第一溶剂传送到入水口；以及第二导管，其与至少一个入水口及第二泵流体连通，其被构造和设置为在控制器启动第二泵时将第二溶剂传送到入水口。第二溶剂可以与第一溶剂不同。沉积元件可以包括一种具有一个或多个针的组件，该针被构造和设置为用于沉积生物材料的点，该沉积元件也具有一个或多个环，该环以一对一的关系与针局部地相联接，以提供生物材料的供应。在一些实施例中，第一和第二泵可以为选择性的与第一或第二贮液器相连通的同一个泵。该至少一个入水口可以包括第一入水口，而第一和第二导管与第一入水口通过三通管接头流体连通。
根据其他实施例，描述了一种用于清洗一个或多个沉积元件的系统，该沉积元件用于沉积生物材料。该系统包括用于存储第一溶剂的装置；用于存储第二溶剂的装置；用于接收沉积元件的装置，其中该接收装置包括至少一个入水口和至少一个排水口；以及用于抽吸第一和第二溶剂的第一和第二泵装置。
根据又一个实施例，描述了一种用于清洗和干燥一个或多个沉积元件的系统，该沉积元件用于沉积生物材料。该系统包括一个或多个第一贮液器，其被构造和设置得用于分别地存储一种或多种清洗溶剂；一个第二贮液器，其被构造和设置得用于存储干燥剂；一个室，其被构造和设置得用于接收沉积元件，并具有至少一个入水口和至少一个排水口；第一泵，其与第一贮液器相连通；第二泵，其与第二贮液器相连通；一个控制器，其与第一和第二泵相连通，并被构造和设置得用于顺次或同时地选择性地启动第一和第二泵；第一导管，其与至少一个入水口以及第一泵相连通，并被构造和设置得用于在控制器启动第一泵时，将一种或多种清洗溶剂传送到入水口；以及第二导管，其与至少一个入水口以及第二泵相连通，并被构造和设置得用于在控制器启动第二泵时，将干燥剂传送到入水口。该干燥剂可以包括一种气体，其可以为空气。该气体可以受到压力或为真空。
根据再一实施例，描述了一种排列系统，其包括微量培养板操纵装置，该装置具有一个夹持着多个微量培养板的微量培养板夹持器。该系统还包括一台具有处理器和存储单元的计算机。在该存储单元中，存储有可执行计算机程序指令，在被处理器执行时，执行一种包括下列步骤的方法，该步骤为(a)选择一块具有多个孔的第一微量培养板，(b)将至少一种探测材料与一个或多个孔相关联，(c)将一个或多个基质上的一个或多个位置与该一个或多个孔相关联。第一微量培养板可以被微量培养板操纵装置夹持。微量培养板操纵装置还可包括操纵装置，其在计算机的控制下从微量培养板夹持器取回第一微量培养板。
在另一实施例中，也描述了一种阵列系统，该系统包括微量培养板操纵装置和计算机。微量培养板操纵装置具有夹持多个微量培养板的微量培养板夹持器。计算机包括处理器和存储单元。在存储单元中，存储有可执行计算机程序指令，当被处理器执行时，提供一种或多种图形用户接口，其被构造和设置得用于(a)给用户一个选项，以选择具有多个孔的第一微量培养板，(b)给用户一个选项，以将至少一种探测材料与一个或多个孔相关联，(c)给用户一个选项，以将一个或多个基质上的一个或多个位置与该一个或多个孔相关联。
上述实施例不必一定彼此包含或不包含，并可以以任何不冲突的其它可能方式组合，无论它们以相同或不同的方面或实施例的形式出现。一个实施例的描述并不限制其它的实施例。而且，在此说明书中的任何地方描述的任何一个或多个功能、步骤、操作或技术可以在可选实施例中与在摘要中所描述的任何一个或多个功能步骤、操纵或技术相组合。因此上述实施例为示意性的而非限定性的。


上述和其它特性将参考附图从下面的详细描述中获得更好的理解。在附图中，相似的附图标号表示相似的结构和方法步骤，而附图标号最左边的数位表示该参考元件第一次出现的图号(例如，元件150第一次出现于图1)。在功能模块图中，矩形通常表示功能元件，平行四边形通常表示数据，而具有一对双边的矩形通常表示预定义功能模块。在方法流程图中，矩形通常表示方法步骤，而钻石形通常表示决策元件。然而，所有这些惯例都为典型的或示意性的，而非限定性的。
图1为一个用于产生定位探测阵列的系统的一个实施例的功能模块图，该阵列包括阵列装置的示意性实施例，和用于控制该阵列装置、从该阵列装置接收信息、提供用户接口、并对定位阵列的生成进行分析和数据处理操作的计算机的示意性实施例；图2A为一个示意性的图形用户接口的表示图，该图形用户接口由图1的计算机生成并维护，并且适于使用户确定探点在一个或多个基质上的位置；图2B-2D为示意表示图，其示出根据用户使用图2A的接口所确定的位置使用打印针沉积探点的示意性技术；图3到图6为图形用户接口的附加示意性实施例，该接口由图1的计算机生成和保持，以使用户能够控制图1的阵列装置的操作；图7为图1的系统的阵列装置的一个实施例的简化的示意透视图；图8A-8E为示意表示图，其示出了图7的阵列装置的台板的一个实施例的相关视图，其包括用于将多个载玻片固定和定位到该台板的夹持组件；图9为图8的一个细节的简化示意表示图；图10A和10B为简化示意表示图，其示出了例如可以用于图1的阵列装置的定位装置中的针环定位组件示意性实施例的相关视图，图10C和10D为简化的示意表示图，其示出了示意的环组件的相关视图；图10E是示意的针组件的简化的示意表示图；而图10F和10G为简化示意表示图，其分别地示出了示意性的针组件在环组件中在套入和未套入位置时的相关视图；图11为图7的阵列装置的微量培养板自动控制装置的一个实施例的透视图，该装置包括用于夹持微量培养板、移开其塞子、并通过条形码扫描确定微量培养板的机构；图12为图11的微量培养板自动控制装置方面的透视图，该装置包括用于夹持微量培养板和移开其塞子的机构；图13为图11和图12的微量培养板自动控制装置方面的又一透视图；图14为图11到图13的微量培养板自动控制装置方面的又一透视图，包括用于扫描微量培养板边缘的条形码的机构；图15A-C为简化的示意表示图，示出了用于将微量培养板的底表面定位到孔板保持器的基准特性的一个实施例的三个视图，例如其可以被包括在图7的阵列装置中；图16A-C为简化的示意表示图，其示出了用于将微量培养板的底表面定位到孔板保持器的基准特性的又一实施例的三个视图，例如其可以被包括在图7的阵列装置中；图17为清洗系统的一个实施例简化的示意表示图，该系统用于清洗图7中阵列装置的定位机构；以及图18为干燥系统的一个实施例简化的示意表示图，该系统可以与图17中的清洗系统一起使用。
详细描述如所注意到的，存在用于将预先合成或预先选出的探点沉积或定位在基质或支撑件上或其中的技术。为方便起见，根据这些技术、或者将来可研发出的沉积/定位技术所制作的阵列，在此处被称为“定位阵列”。通常，在显微镜载玻片上制作定位阵列(例如由图1的定位阵列198示意性地表示的)。这些阵列通常由包含具有潜在可变组分和浓度的生物材料的液体沉积点构成。例如，在该阵列中的一个点可以包括一些在水溶剂中的条状寡核苷酸，或者其可以包括较高浓度的长链复杂蛋白质。因此，许多类型的材料可以通过此处描述的系统和方法设置。作为附加的非限定性示例，该点(也被表示为合成探测阵列的“探点“)可以包括细胞、蛋白质、表示基因或EST’s的核酸序列，或其它生物元件。更特别的是，该探点可以为美国专利No.5,445,934(在这里合并参考其全文)的5列、第66行到第7列、第51行所列举的配合基体、受体、肽、核酸(RNA或DNA的寡核苷酸或多核苷酸)、蛋白质片段、小分子、或任何一种其它生物分子。因此，作为一个非限定性示例，探针可以指一种核酸，例如寡核苷酸，其能够通过一种或多种类型的化学键结合到互补序列的核酸，通常通过互补碱基配对，通常通过氢键的形成。探针可以包括天然碱基(例如A、G、U、C或T)或修饰碱基(7-脱氮鸟苷、肌苷等)。另外，探针中的碱基可以用磷酸二酯键以外的一种键连接，只要该键不干扰杂化。因此，探点可以为肽核酸，其中，成分碱基通过肽键而不是通过磷酸二酯键相连接。探针其它的例子包括用于检测肽或其它分子的抗体、或者任何用于检测其键配对的配合基体。在将探针(或下文所述的靶)称作核酸时，应当理解，这些无论如何都只是示例性的例子而不是用来限定本发明的。
Affymetrix417TM、427TM、437TM阵列装置为根据这些技术的方面而在显微镜载玻片上密集地沉积生物材料的组合阵列的装置。美国专利No.6,040,193和6,136,269，以及PCT申请No.PCT/US99/00730(国际申请号WO 99/36760)和PCT/US 01/04285，以及美国专利申请No.09/501,099和09/122,216中描述了定位阵列装置的这些以及其它的方面，这里合并参考所有所述专利申请的全文。还存在用于在基质上沉积或定位生物探针的其它技术。例如，授予Winkler等人的美国专利No.6,040,193被用于沉积生物材料的点滴的过程。美国专利No.6,040,193和授予Winkler的No.5,885,537，也描述了通过惰性部份而使基质的反应区彼此分开，并定位于反应区。在这里合并参考美国专利No.6,040,193和No.5,885,537的原文。其它的技术基于生物材料的喷射。该喷射技术的其它实施例可以使用例如注射器或压电泵的装置，以推动生物材料。
定位阵列通常用于与标记的生物试样，例如细胞、蛋白质、基因或EST’s、其它的DNA序列、或其它的生物元件相连接。此处称为“靶”的这些试样，在一些实施例中可以根据它们与探针阵列中特定探针的空间位置关联进行处理。例如，一个或多个化学地标记的生物试样，即，靶，在一典型实施例中被分布于探针阵列中。一些靶至少部分地与互补探针杂化并保持在探针位置，同时未杂化靶被冲走。这些杂化靶，与它们的“标记”或“标签”一起，因而被空间地与靶的互补探针相关联。该杂化探针和靶有时可被被称为“探针—靶对”。这些对的探测能够用作各种目的，例如确定靶核酸是否具有与特定参考序列相同或不同的核酸序列。例如，见授予Chee等的美国专利No.5,837,832。其它用途包括基因表达监控和评估(见，例如授予Fodor等的美国专利No.5,800,992；授予Lockhart等的美国专利No.6,040,138；授予Balaban等的公开为WO 99/05323的国际申请No.PCT/US98/15151)、基因型(授予Dale等的美国专利No.5,856,092)，或者核酸的其它探测。在这里合并参考该No.5,837,832、No.5,800,992、No.6,040,138和No.5,856,092专利，以及公开号WO99/05323的全文。
为确保适当地解释此处所用的术语“探针”，注意到在相关文献中存在矛盾的惯例。如上所述，“探针”一词在用于上下文中时不是指沉积于基质上的生物材料，而是指“靶”。为避免混淆，用于此处的术语“探针”是指例如那些沉积的以形成定位阵列的探针。
图1到图17示出非限定性实施例，其一般地作为一个用于在显微镜载玻片上定位生物材料的系统而实施。然而，应当理解，所述实施例的多种变化都是可能的仅举一例，该材料可以被定位于基质上而不是玻璃载玻片上。例如，见美国专利No.6,329,143；6,310,189；6,309,831；6,197,506和5,744,305，这里合并参考所有所述专利申请的全文。图1为一种定位系统的一个优选实施例的简化功能模块图，该系统附图标记为199，并包括排列装置100和计算机150。在图1所示实施例中，示出了与计算机150相通讯的排列装置100，该计算机提供了这里所描述的各种控制和分析特性。计算机150可以局部地位于排列装置100中，或者，其可以通过局域网、广域网或包括内联网和/或internet(未示出)的其它网络，与排列装置100相连接。在一些实施例中，计算机150或者其任何功能部件，也可以或另外被集成到排列装置100以使得，例如，可将它们设置于同一机壳内。
计算机150计算机150可以为个人计算机、工作站、服务器、微型计算机、或者现在可用的任何其它类型或者可以在将来研发出的计算平台。计算机150可以包括处理控制器，其用于执行对排列装置100的控制和分析功能，这可以在软件、硬件或固件(例如数字信号处理板182)中实现，或者在它们的任何组合中实现。通常，计算机150也包括已知部件，例如处理器(CPU)155、操作系统160、系统存储器170、记忆存储设备180、GUI控制器157、以及输入—输出控制器175，所有这些通常都通过已知技术例如通过系统总线190相通讯。用户101可以通过多种传统输入输出设备171中的任何一种与计算机150相通讯，该输入输出设备171通常包括显示屏，在其上可以显示在GUI控制器157控制下所生成的GUI’s174。尽管这里采用的是单数的“用户”，该术语在一些实施例中也广泛地用于包括可以提供输入或接收输出的多个人和/或机器。在所示实施例中，计算机150还包括数字信号处理器(DSP)板182，其可以为各种PC用DSP控制器板中的任何一种，例如加州的Innovative Integration of Simi Valley所制造的M44 DSP板。
相关技术人员应当理解的是，存在许多种可能结构的计算机150的部件，而其中没有示出可以通常包括在计算机150中的一些部件，例如缓存、数据备份单元、以及许多其它设备。处理器155可以为商业上可用的处理器例如Intel公司制造的Pentium处理器，SunMicrosystems公司制造的SPARC处理器，或者其可以为一种其它的将投入应用的处理器。处理器155执行操作系统160，该操作系统160可以为，例如，来自微软公司的Windows型操作系统；来自许多零售商的Unix或Linux 型操作系统；其他的或者未来的操作系统；或者一些它们的组合。操作系统160与固件和硬件以一种众所周知的方式接口，并有助于处理器155协作和执行各种计算机程序的功能，例如可执行程序172，其可以以多种程序语言编写。通常与处理器155协作的操作系统160协作并执行计算机150其它部件的功能。操作系统160也提供调度、输入—输出控制，文档和数据管理、存储管理、以及通讯控制和相关服务，所有这些服务都与已知技术相关。
系统存储器170可以为多种已知或未来的记忆存储设备中的任何一种。其例子包括任何一般可用的随机存取存储器(RAM)、例如驻留硬盘或磁带的磁性介质、例如读写光盘的光学介质，或者其它记忆存储设备。记忆存储设备180可以为多种一种或未来设备中的任何一种，包括光盘驱动器、磁带驱动器、可移除或内部硬盘驱动器、或软盘驱动器。这些类型的记忆存储设备180通常分别从例如，光盘、磁带、可移动或内部硬盘、或者软盘中读出和/或写入程序存储介质(未示出)。这些程序存储介质中的任何一种，或其它现在应用和将要研发的程序存储介质，可以被认为是计算机程序产品。如应当理解的，这些程序存储介质通常存储计算机软件程序和/或数据。计算机软件程序，也称为计算机控制逻辑通常被存储于系统存储器170和/或与存储设备180结合使用的程序存储介质中。
在一些实施例中，计算机程序产品被描述为包括一种计算机可用的介质，其具有存储于其中的控制逻辑(计算机软件程序，包括计算机编码)。该控制逻辑，当被处理器155执行时，使得处理器155执行可执行程序172和这里所描述的其它软件应用程序的功能。在其他实施例中，一些功能可以主要地在所使用的硬件中实施，例如，在硬件状态机中实施。相关技术人员将明白此处所描述的用以执行可执行程序172的功能的硬件状态机的实施例。
输入—输出控制器175能够包括用于从用户接收和处理信息的多种已知设备中的任何一种，无论该用户为人或机器，无论该用户为本地的还是远程的。被称为输入/输出设备171的这种设备，包括例如调制解调器卡、网络接口卡、声卡、或者用于多种已知输入设备中的任何一种的其它类型的控制器。输入—输出控制器175的输出控制器能够包括用于多种已知显示设备中的任何一种的控制器，该显示设备用于为用户提供信息，无论该用户为人还是机器，无论该用户是本地的还是远程的。如果这些显示设备中的一个提供视觉信息，该信息通常可以被逻辑地和/或物理地组织为图形元素阵列，所述图形元素阵列有时称为象素。图形用户接口(GUI)控制器157可以包括多种已知的或未来的软件程序中的任何一种，该软件程序用于在计算机150和用户(例如，希望使用阵列装置100生成定位阵列的实验者)之间提供图形输入和输出接口，并用于处理来自用户(此后有时指用户输入或用户的选择)的输入。如所注意到的，在示意实施例中，计算机150的功能部件彼此通过系统总线204相通讯。在可选实施例中，这些通讯中的一些可以使用网络或其它类型的远程通讯方式实现，例如，当一个或多个可执行程序172的功能分布在其它的用户计算机和/或服务器计算机上或之中时。
可执行程序172如现有技术人员所明白的，如果在软件中实现的话，可执行程序172可以通过输入设备加载到系统存储器170和/或记忆存储设备180中。所有或部分的可执行程序172也可以位于记忆存储设备180的只读存储器或类似设备中，不需要可执行程序172首先通过输入设备被加载的设备。相关技术人员应当理解，可执行程序172或者其任何一部分，可以通过处理器155以一种已知的方式在系统存储器170、记忆存储设备180、或缓存(未示出)中被传输，以利于执行。因此，为方便起见，在所示实施例中，应用程序和数据结构可以被示为位于系统存储器170中，但在一些实施例中，为数据存储、检索和/或执行的方便，可以设置于其他记忆装置中或在其它记忆装置之间移动。
阵列装置控制和分析可执行程序172表示编译的软件程序和应用程序，其在与处理器155、操作系统160、和/或DSP板182的协作执行中，执行多种控制和分析功能。可执行程序172还执行用户接口功能，通常与GUI控制器157协作地执行，包括生成、修改、检索、以及部分地通过图形用户接口174执行的数据传输操作，这些方面示出于图2A和图3到图6。
例如，参考示意性的实施例，在一个用户可以在96孔、384孔或其它结构的孔板上布置探针。图2A为许多图形用户接口中的一个(例如，GUI 174中的一个)的图形表示图，该图形用户接口可以被用于使用户101能够执行该功能。如图2A中所示的，用户可以根据传统技术选择设计部件标签210，以显示GUI 200。微量培养板ID窗格290显示微量培养板统一的名称，探针从该微量培养板被定位到探针阵列上。用户101可以通过从“File”菜单项211的下拉菜单项中指定一项，或者根据多种其它传统技术中的任何一种而选择一个特定的微量培养板。在所示实施例中，用户101选定了具有标识“板1”的第一微量培养板，如窗格290所示。微量培养板标识窗口280用窗口280中的高亮显示的矩形表示该微量培养板。用户101所选择的其它的微量培养板也可以表示在此窗口中，例如在窗口280中以非高亮显示矩形表示的板2，而用户101可以高亮显示它们中的任何一个以选择该板，并因此使其标识显示于窗格290中。
包括布局窗口220，以使得用户101可以指出从高亮显示的微量培养板(即，在此例中的“板1”)的孔获得的探针材料被设置为探针之处。窗口220示出一块模拟基质222，该模拟基质可表示例如玻璃载玻片。被示为部分222A的该玻璃载玻片的一部分，可以在一些实施例中结霜，并因此并用于沉积探针。以探针部分230A-D表示的探针阵列的四部分(整体地被称为部分230)，在窗口220中示出。在该例中，部分230中的每一个中的探针根据从板1获得的探针材料而被沉积。在此例中，如果用户101在窗口280中具有高亮显示的板2，那么不同的阵列部分将相应于探针的位置在窗口220中示出，该探针来自从板2表示的微量培养板沉积的探针材料。例如，来自板2的探针可以位于探针部分，该部分以四个矩形表示，其每一个都以同样的方式与部分230中的一个相邻(见下述的图2C)。更一般地，通过确定来自不同微量培养板的探针阵列部分的位置(或者来自于顺序定位操作中的同一微量培养板)，用户101可以使探针材料从一个微量培养板的孔中沉积到来自另一个、或同一微量培养板的另一孔的探针顶部。因此，一个或多个靶(或由于定位的同一位置而由靶的组合合成的化合物)可以被选择性地添加到一个或多个探针(或者由于定位的同一位置而由探针材料的组合合成的化合物)。
在此例中有230A-D四部分，因为其示意性地假定此例的打印头(如下所述)具有四根针，每个针在各部分同时沉积一个探针。四根针彼此之间的距离因此等于四个探针阵列部分230之间的距离。部分230在基质222上的位置可以由用户101通过在窗格240中提供x和y坐标而进行选择。这些坐标可以确定，例如，在最左上部分(部分230A)中的最左上探针与基质222左上角之间的关系，尽管用于在基质上确定位置的许多其它技术都可以被使用。而且，使用根据示意实施例的重复位置窗口250，用户101可以确定探针可以在多个位置重复。因此，例如，用户101可以确定部分230中的探针可以在图2中部分230之下、在部分230的顶部上的位置重复，或者在基质222上的任何位置重复。用户101可以确定使用重复数量窗格257，而任何数量的复制品都可以这样生产。在一些实施例中，这些复制品可以被沉积在单独的基质上(即、两个或更多显微镜载玻片)，如由用户101在载玻片数量窗格255中输入的数字所表示的。
使用缩放按钮223，用户101可以放大部分230的任何一部分，以示出将从板1的孔定位到基质上一个或多个探针阵列的探针的特定位置，该基质由模拟基质222表示。该缩放特性通常可以用于与页240和/或250相关联，以提供高选择性的探针位置。在此实施例中对于探针的位置的唯一限制在于，如果使用了n个针，那么n个探针彼此的间隔由针的间距决定。然而，在一些实施例中可以使用单个针。因此，用户101拥有对于基质222上(或在多个基质上)的各探针位置的完全的弹性，包括在同一位置的多重沉积。
图2B和2C非常详细地示出在探针部分230的探针的示意布局，以及获得探针的孔。图2B和2C未按比例绘出；图2C所示的探针点远比图2B中的孔的大小要大，例如比通常的实际情况中的孔要大。其示意性地假定图2C为基质222一部分的一个放大的表示图，该基质包括图2A的探针部分230以及相邻的探针部分231A-D。部分231可以示意性的假定为使用探针从板2沉积，如由窗口280的矩形2所示的。也示意性地假定，打印头具有分开设置的四个打印针，以使得它们(以及在下面描述的它们的环组件)与板1和2的任意四个相互临近的孔相互中心对齐。例如，为表述方便起见，假定打印针及关联环被设置在两行(X和Y)和两列(1和2)，以使得当针和环X1(其元件也可以被简称为针X1或环X1)与孔A1的中心对齐时，针和环X2也与孔A2对齐，针和环Y1也与孔B1对齐，并且针和环Y2也与孔B2对齐。图2D为一个以所述结构设置的示意性的打印头297的四个针和环组件的简化顶视示意表示图。
在第一定位操作中，打印头297的环被浸入孔A1、A2、B1和B2中以从板1的那些孔中拾取探针材料。以一种在下面所描述的方式，打印头297被移动到基质上方由用户101相对于基质222确定的一个位置，而针降向基质。探针点a1因此由针X1使用孔A1中的探针材料形成。探针点a2(其与探针点a1的距离与孔A2与孔A1的距离和针X2与针X1的距离都相同)因此由针X2使用孔A2中的探针材料形成。类似地，探针点b1因此由针Y1使用孔B1中的探针材料形成，而探针点b2因此由针Y2使用孔B2中的探针材料形成。探针点a1和b1因而分开一个距离，该距离与分开孔A1和B1的中心的距离和分开针X1和针Y1的距离相同，尽管看起来不是这样，这是因为为了使所述特性可以更清晰，图2C没有按比例绘制。
用户101可以在重复数量窗格257中指示将要沉积在基质222上的探针点a1、a2、b1、b2复制物的任一数目。例如，用户101可以通过这种技术和其它多种已知技术中的任何一种确定2个复制物，而复制点将使用存储于本地的附加沉积材料被沉积到位于其关联环中的各针，如下所述。而且，用户101可以在载玻片数量窗格255中确定沉积在任意数量的载玻片(或其它基质)上的复制物。例如，用户101可以在窗格255中指定“48”，以使得，在将点a1、a2、b1和b2沉积到一块载玻片上后，打印头移向另一载玻片，在该处，同一探针沉积于下一载玻片的同一相关位置，依此类推，直到探针a1、a2、b1和b2的图案和探针材料内容重复到48载玻片。如果用户101确定48载玻片和2各复制物都应被打印，那么96个诸如探针a1、a2、b1和b2这样的图案将被打印。通常，这些重复和多个载玻片的产生不需要为附加的探针材料而回到板1，因为该环保持了足够多打印的材料，如下所述。
在使用来自孔A1、A2、B1和B2的探针完成探针点的印刷后，所示实施例的打印头297移动到清洗和干燥台，在该处剩余的探针材料被移除，如下所述。也如下所述，打印头297然后可以返回到孔板区，以从同一个(例如，如果大量的复制物被印刷而使环中没有足够的材料)或不同的四个孔的组中获得探针材料。该下一组孔可以来自板1，或者可以来自另一微量培养板。示意性地假定，下一组来自板1而打印头297以两个孔的增量移动穿过板1的水平行，如图2B所示。因此，来自孔A3、A4、B3和B4的探针材料被拾取并沉积，以形成探针点a3、a4、b3、b4，如图2C所示。在其它实施例中，在各定位操作中可以增加任何数量的孔，或如所述，孔可以重复。起始孔和结束孔窗格280和285使用户101能够确定定位操作应该起始和终止的孔。
现在假定，穿过板1的头两行重复两行的增量步骤，以使得在头两行中来自所有孔的探针材料根据由用户101确定的复制物和载玻片编号进行沉积，如图2C中所示出的探针点a1-a6和b1-b6的位置所指示的。在所示实施例中，增量步骤而后分别地重复经过第三和第四行，即，板1的C和D。如果用户101在图案窗格270中选择“阵列”按钮，打印头297将把来自行C和D的孔中的探针点设置于前面所设置那些的下面以组成阵列，如图2C的探针点c1到c6和d1到d6的布局所示的。为了执行多个可行备选结构中的一种，用户101可选择窗格270的“线性”按钮，以使得探针点被布置得穿过来自于行A和B的孔中的相同行，如图2C中的探针点c’1到c’6和d’1到d’6所示的。
用户101可以确定被用于附加定位操作的另一种微量培养板，例如板2。如上所述，用户101可以确定来自板2操作的探针，其被布置得如图2C中探针部分231所示。可选地，如上所述，来自板2的探针可以沉积在来自板1的探针上，如果用户1010确定探针部分231的位置与探针部分230的位置相同。而且，点距窗格245使得用户101能够确定在x和y方向上探针之间的距离。例如，如此处所述，用户101确定各探针点在x和y方向上的中心距都为375微米。也能够在任一或所有方向向确定其它的距离。如本领域普通技术人员应理解的，可以实施上述探针布局技术的多种组合和变化，以使得用户101在使用GUI 200、或使用其它实施例中的其它接口或技术选择探针图案时具有较大的灵活性。
图3示出可以由用户101执行的附加操作，该用户使用GUI 300的微量培养板编辑选项卡310。在此示意性的实施例中，GUI 300包括四个窗口源探针列表窗口320，微量培养板探针列表窗口330，微量培养板孔显示窗口340以及微量培养板孔列表窗口350。源探针列表窗口320显示可以被包括在微量培养板的孔中并因此可用于定位到探针阵列中的可用探针材料(例如，在本例中的“锌指蛋白133”克隆)。构造此列表所依据的探针数据可以被用户101以多种传统方式和/或从包括探针材料供应器列表的多个源中下载而进行输入和/或升级。此实施例中，该探针数据存储于系统存储器170中。使用选项按钮322，或以多种其它传统方式中的任何一种，用户101从窗口320中选择探针并将它们添加或移出微量培养板探针列表窗口330。微量培养板孔显示窗口340示出传统96孔板中孔的示意性结构(类似于图2B中所示)。如所示，在其它的实施例中，可以使用孔的任何一种其它的结构和/或数量。由用户101从窗口340中选定的孔的内容，以及相关于该内容的染色体的或其它信息，在窗口350中列出。因此，窗口320、330、340和350响应用户的101的选择而交互作用。例如，用户101可以从窗口320中的列表中选择探针，并选择其在孔(例如所示例中高亮显示的孔A1)中的布局，如窗口330所示。在以此种方式将探针指定到该微量培养板上的不同孔后，用户101可以点击，或以另外的方式选择，在窗口340中一个孔的表示形式，并在窗口350中看到关于所选孔中探针的染色体的和其它的信息。
图4示出用户101在使用GUI 400的微量培养板旋转式传送带选项卡410时可以执行的附加操作。微量培养板列示窗口420显示微量培养板的列表，其中微量培养板具有它们的微量培养板标识，如上所述，见图2A的窗格290。在许多可能实施例中的一个中，用户101可以点击如上所述的窗口280中的空白空间，以弹出命名微量培养板的对话框，其而后将在如上所述的、关于板1和板2的窗口280表示。用户101可以选择和移动任何所示的微量培养板标识，例如，在图4的窗口420的左列，以使得其与任何旋状式传送带的槽号相对齐。这种对齐表明，用户101希望所选微量培养板会被加载在相应的旋转式传送带的槽中。使用条形码阅读器或其它技术，定位系统199可以光学地确定用户101，在将探针从微量培养板沉积到载玻片上之前，正确地将所指的微量培养板加载到了相应的旋转式传送带的槽中。例如，在一些实施例中，用户101可以使用条形码阅读器(例如输入/输出设备171中的一种)来扫描微量培养板表面的条形码，或者用设备171中的键盘手动地输入条形码，以使得该微量培养板独特地确定到可执行程序172。可执行程序172将用户所选旋转式传送带槽与微量培养板标识相关联，以使得，如果用户101被正确地设置在所选槽的微量培养板中时，与各所选旋转式传送带相关联的该微量培养板的确定，被存储在适当的数据存储结构中，例如系统存储器170中的用户输入实验数据178中。在下面涉及微量板自动控制装置730的操作中，以及在2001年7月17日所申请的、申请号为09/907196的美国专利申请中，描述了关于阅读条形码的其他方面，这里合并参考所述申请的全文。阵列装置100的操作或实验设置的其它相关信息也可以在实验数据178中存储。例如，信息可以根据用户使用GUI’s 157做出的选择(如在非限定例中，涉及图2A-D和图3-6所述的)，在旋转式传送带720中微量培养板的设置、所用微量培养板的类型，电极台板740上载玻片的设置、控制室中温度和/或湿度的设置、在清洗和干燥中所使用的试剂，以及下述的其它各种定位操作而进行存储。
图5示出，可以由用户101通过选择GUI 500中的操作阵列选项卡450而执行附加操作。如按钮520所示，用户101可以使阵列装置100在其操作(例如，打印、清洗、从微量培养板中获得克隆材料、从旋转式传送带中取出或送回微量培养板，以及如下所述的等等)中启动、停止或暂停。本领域普通技术人员应当理解，这些操作可以如何地由可执行程序172与计算机150和如下所述的阵列100协作执行。信息窗格240为用户101提供关于将被打印的载玻片的数量、打印操作持续时间、以及预计完成时间等信息。图6为由自动部件选项卡610的用户选择所激活的示意的GUI 600的图形表示图。用户101可以选择自动定位选项卡620中的一个，以在任何数量的基质上的任何探针阵列执行探针的预编程图案。因此，根据GUI 600示出并执行的功能类似于上述关于GUI 200所述的功能，除了在设计探针的特定图案时，用户101选择GUI 600比选择GUI 200一般地具有较少的灵活性。一个优点在于，在使用中易于使用户101确定预编程图案，例如探针的交叉、探针阵列的垂直取向，等等。
阵列装置100图7为阵列装置100的一个优选和非限定性实施例的简化示意透视图，该阵列装置100示出其一些功能元件的示意性布局。在此示意性布局中，阵列装置100包括位于环境控制室715中的微量培养板旋状式传送带720。在一些实施例中，可以提供一个或多个环境控制室以覆盖电极台板740、台架系统780、清洗站735、和/或在定位操作中的任何一点中可能出现探针材料的其它区域。在一个优选实施例中，这些附加控制室可以受到独立于控制室715的控制。因此，作为一个非限定例，控制室715可以保持一个适于相对长时间存储并防止探针材料蒸发或降解的温度和/或湿度，而其它的一个或多个控制室保持一个适于短时间定位操作的温度和/或湿度。下述的旋转式传送带720的传感器和驱动器也示意地表示为图1的传感器106和电动机/驱动器108的方面。旋转式传送带720和室715在结构上通过框架710与阵列装置100的其它元件相连接。在可执行程序172的控制下使用传感器106和电动机/驱动器108的方面，微量培养板自动控制装置730选择性地将在旋转式传送带720的槽中存储的微量培养板移动到微量培养板容器760。当一块微量培养板位于容器760中时，其被定位以使得所示针的环装置和环状打印头组件可以正确地接近微量培养板的孔，如用户101使用上述的GUI’s 300和GUI 400所确定的那样。在一实施例中，示出了一种示意性的打印头组件750，其中提供有12只针和环，而不是上述中的四只针和环。微量培养板端部受动器755有助于所选微量培养板从旋转式传感器720到容器760的可靠传输。在此例中被示意性地假定为显微镜载玻片的基质，在此实施例中被放置于可移除的基质电极台板740上。因此，在打印操作完成后，载玻片可以与电极台板740一起被移除。被移除的电极台板和载玻片可以因此方便地受到进一步的处理或在进一步的处理之前放到临时存储器中，而另一个带有载玻片的电极台板被插入，以被阵列装置100打印。现在根据示意性的和非限定性的实施例在下面详细地描述阵列装置100的这些和其它的部件。
图8A-8E为电极台板740的一个实施例的相关视图的示意表示图，该电极台板740包括用于将多个载玻片固定和定位到电极台板上的夹持组件。(图8A和8C为侧视图，图8E为端侧视图，图8B为顶视图，图8D为底视图)图9为图8的细节899的简化示意表示图。在下列关于电极台板740及其夹持显微镜载玻片的特性的描述中，载玻片通常可以被假定为具有平坦表面、其表面上没有凹痕或孔的标准玻璃显微镜载玻片。然而，可以使用各种类型的载玻片。在所示的实施例中，显微镜载玻片被夹持在电极台板740平坦的上表面上。图8B为电极台板740的顶视图，其示出用于以一种允许平行的载玻片快速定位的方式将载玻片紧固地夹持在位的机构。电极台板740将载玻片相对打印头750定位，该打印头被降低和升高以将一种试样定位到显微镜载玻片上。在所示例中，电极台板750能够容纳108个成行成列的标准显微镜载玻片。如图9的细节899所示，电极台板740包括接触和查询各载玻片的参考标签910，以及具有用于接触各载玻片的两边的夹子920的弹簧加载装置，以将多个载玻片在并行操作中二维地固定并对齐。在这些如细节899所示的实施例中，载玻片剩余的两边不需要与任何保持装置相接触，因为该夹子足以将载玻片固定到电极台板的表面。并行接合装置930可以沿接合运动方向930被牵引，以使弹簧夹子920平行地与多个载玻片相结合。特别的是，这种运动使弹簧加载装置920相对于相应参考标签910推斥显微镜载玻片，并因而固定载玻片。装置930可以在相对的脱离运动方向932上被推动，以平行地脱离多个载玻片。而在所示实施例中，电极台板740可以从框架710上移开，在此种情况下，其通常不是可移动的，这样，电极台板和载玻片在定位操作其间不会相对打印头移动。
在此示意性实施例中，打印头750包括用于单个轴的单激励器，该激励器强制打印头的向下运动在向微量培养板载玻片上沉积探针时同轴。在一个优选实施例中，打印头能够容纳1、4、8、12、32或48对针和环元件，以在玻璃载玻片上沉积液体探针的点。(为方便起见，无论针还是环，或者两者，在此处有时可以被称为“沉积元件”)在美国专利No.6269846中描述了，在特定的实施例中的针和环的组件的方面和沉积装置及其操作，在这里合并参考所述申请的全文。一般地，在一个实施例中，该针和环装置的环包括由环状金属形成的环状环部分。该环的宽度或外径大于其长度。该环被附在从圆柱体延伸出的臂部分的端部。该环具有统一的表面区域，并且在一些实施例中，不包括开放端部分或任何其壁内的凹痕。换句话说，除了在顶边与臂相连接的点，该环的顶边和底边为统一的。该环和圆柱部分通过臂相互连接，以使得环的开口与圆柱的开口对齐。该臂通常与该圆柱和该环一致。然而，该臂可以为具有足够完整性以使得该圆柱和该环相互连接的任何结构。
在一个优选的实施例中，该针为单独的、棒状装置，其在一端具有非常窄的尖端。该针并不中空，但是，在一优选的实施例中，替代的是，其由一块实体金属成型。在操作中，该针用尖端插入并穿过该圆柱体，该尖端能够穿过环开口自由地移动。在一些实施例中，当该圆柱体和环插入该针时，该针和环装置可以测量大约1.5英寸。该针尖端的最底部是平坦的，并统一地垂直于该针的侧面，而与侧面成九十度角。在一些实施例中，这一特性有助于将液体试样释放到下述基质。
在一些实施例中，该针和环包括阳埋头孔和阴埋头孔部分，该部分用于在定位过程中针穿过环开口的适当对齐。示意性的针环实施例的埋头孔和其它的特性如图10A到图10G所示。特别地，图10A和图10B为包括针环组件1010的示意的打印头组件1020的相关视图的简化示意表示图。图10C和图10D为示意性的环组件1030的相关视图的简化示意表示图。图10C包括其中保持有探针材料的环状部分1032的侧视图。这种材料因此用作探针材料的局部贮液器，该材料在其穿过形成于环状部分1032中的新月面时，被传输到针的尖端。图10E为示意性的针组件的简化示意表示图。在图10E中示出了示意性的针组件1050，其包括定位锥状部分1040，该部分能够与环组件1030的定位槽部分1025设置在一起。图10F和10G为针环组件1010的相关视图的简化示意表示图。在图10F中，针组件1050在环组件1030中下降(以方向1092示出)，以使得定位元件1025和1040相接合。在此种结构中，针组件1050的尖端1060裸露，以用于将探针沉积于显微镜载玻片上。在图10G中，针组件1050缩回(以方向1090示出)环组件1030中，以使得尖端1060在环部分1032上方，并且准备好下降穿过新月面，以用于探针的后续沉积。
图11到图14为图7中所示意性地示出的优选实施例的微量培养板自动控制装置730的示意性实施例的各种方面的更详细的透视视图。如图7所述，自动控制装置730确定(在计算机150和可执行程序172的控制下)用户101将所希望的微量培养板加载到了旋转式传送带，选择性地通过环境控制室715中的一个开口从槽中取出一个微量培养板721，将所选微量培养板传输到微量培养板容器760，并从微量培养板上移开顶塞，以使得打印头750的环组件可以下降到孔中以获得探针材料。在图7所示的示意性的实施例中，旋转式传送带720被分成五段槽，每段从中心垂直轴径向地伸出，而每段都能够提供用于八块微量培养板的槽。在一些实施例中，微量培养板可以彼此堆积，而不是设置于槽中。应当理解，图7中所示的旋转式传送带720的特殊结构仅是示意性的，而在其它实施例中可以使用许多设计。而且，“旋转式传送带”一词仅是为方便而使用，应当被更为广泛地理解为包括对于微量培养板固定器的各种设计，无论其是否为环形或者其是否绕纵轴旋转。在此实施例中，旋转式传送带720在可执行程序172的控制下，通过室715的使用而受到环境控制，以便于格外限制微量培养板中探针材料的蒸发。存取门(未示出)使用户101可以将微量培养板在希望的位置插入到旋转式传送带720中。在所示实施例中，通过从该段的该侧伸出的标签，微量培养板被支撑于旋转式传送带720之中。
为提供进一步的细节，图11为自动控制装置730的一个示意性实施例的透视图，其示出了用于夹持微量培养板、移开其塞子、以及通过阅读一个一维或两维的条形码或使用为一般的相关技术人员所知的多种其它可以机读的指示(例如，信号发射器或转换器，或其他装置，其中的任何一种或多种在此为方便起见仅称为“条形码”)中的任何一种确定微量培养板的机构。在此实施例中，自动控制装置730也在微量培养板被用于供给探针材料后将微量培养板送回旋转式传送带720，尽管在其它实施例中，处理后的微量培养板可以被存储在其它地方(例如邻近微量培养板容器760的地方)。
如图12所更清楚地示出的，自动控制装置730包括操纵臂1200，该臂在移动和送回微量培养板期间从下方支撑微量培养板。操纵臂1200以下面图1中示意性地示出的电动机和驱动器108的方面所描述的方式移动。在此实施例中，操纵臂1200包括纵向支撑部分1220，该部分终止于一个向上延伸的突起1210。纵向支撑部分1220的长度足以使微量培养板置于其上，其中突起1210伸出微量培养板的端部。在将微量培养板从旋转式传送带720传输到微量培养板容器760并再返回期间，突起1210防止该微量培养板滑出支撑部分的端部。操纵臂也包括横向支撑部分1225，该部分具有一个壁凹，微量培养板被接收于其中。横向支撑部分1225防止孔板滑出纵向支撑部分的侧面。另外，如图13中所更清楚地示出的，所示实施例的操纵臂1200包括一个或多个吸取装置(例如，包括密封圈)，其用于在向旋转式传送带720和离开其的传输期间将微量培养板的下面固定到操纵臂。提供了真空歧管1320和真空接口1330，以在真空密封接口1310处提供吸力。通过吸力将微量培养板下方固定在接口1310处。
在所示实施例中，操纵臂1200也包括吸取装置(例如，密封圈吸取装置)，其用于在微量培养板被送到微量培养板容器760后从微量培养板1140移开塞1130。该塞有助于防止探针材料容纳物从微量培养板孔的蒸发，也有助于防止这些容纳物在存储于旋转式传送带720或其它地方时被污染。如图12中所更清楚地示出的，在可执行程序172的控制下，开塞驱动器1120将真空吸杯1150降到塞1130的顶部，提供真空，而后驱动器1120将塞1130拔离微量培养板1140。
如图11中所示，操纵臂1200与微量培养板传输臂1160相连接，该传输臂在旋转式传送带720和微量培养板容器760之间绕基底1110进行旋转。操纵臂1200相对于微量培养板传输臂1160垂直移动，以接近位于旋转式传送带720的所选片段中的所选微量培养板槽。在所示实施例中，一个或多个传感器(在图1中示意性地表示为传感器106)被设置于操纵臂1200上，以感知操纵臂向旋转式传送带中的最大伸展发生的时刻。在所示实施例中，条形码扫描仪1420也包括在操纵臂1200上，如在图14中最清楚地示出的(也如图1的操纵臂条形码阅读器112所示意性地示出的)。扫描仪1420发射激光束1430，该激光束扫描附于微量培养板1140的微量培养板条形码面1410的条形码。在一些实施例中，扫描发生于当操纵臂1200接近旋转式传送带720中的所选槽时，并在微量培养板1140被传输到微量培养板容器760之前。如果可执行程序172确定表示微量培养板1140的可机读码(例如，此例中的条形码)不包括与用户所选的在所选旋转式传送带槽中的布局的标识相匹配的微量培养板标识，那么可执行程序172可以中断阵列装置100的操纵，并警告用户101。在此方式下，探针材料没有因为错误地将探针材料施加到载玻片而浪费，而实验也没有受到损害。在其他实施例中，可执行程序172可以确定，定位操纵的哪些方面，如果有的话，可以进行，而不需要错误地存储微量培养板，警告用户101和进行那些其它的方面。
图15A-C和图16A-C为微量培养板760方面的两个可选实施例的多个视图的简化示意表示图，其示出了用于将微量培养板底面定位到容器760的基准特性。(见如美国专利No.6121048中所述参考标记的使用方面，以及其它特性和技术，这里合并参考所述申请的全文。)图15A-C示出了一种锥和V形槽设置的实施例，其适用于将96孔微量培养板的底部定位到容器760。如从图15C的底视图所最清楚地见到的，在所示实施例中，一些孔底部1550(例如一个或多个角孔底部)设置在锥特性1510和V形槽特性1520中。也示出了容器760的平坦表面1540的截去视图。图15A和图15B提供进一步地描述这些基准特性的侧视图。在一些实例中，孔的底部可能不适于定位微量培养板，例如其中孔底部相当小的高密度微量培养板，其中孔底部不裸露的微量培养板，其中孔底部由一种过于有弹性而不能提供可靠定位的材料制成的微量培养板的例子。在这些情形下，定位可以通过例如使用倾斜件将一个或多个微量培养板的边放置到容器760中而完成。图16A和图16C示出容器760的表面，该容器具有导入角1610和1620，以使得微量培养板1600(在此实施例中，为以384孔微量培养板)可以在被自动控制装置730降入容器760时相对于容器760定位。在此实施例中，容器760被固定在一个相对于构台系统780的固定位置，如下所述。在一些实施例中，图15A-C中的锥和槽基准特性或类似基准特性，可以与图16A-C中所示的倾斜面基准特性或类似基准特性相组合。在这些情形中的任一个，夹子或其它固定装置(未示出)可以被用于将微量培养板容纳在容器760内。
在将微量培养板固定在容器760内后，打印头750的环可以被降入所选的或预定的微量培养板孔中，如上所述。在一些实施例中，环被完全地浸没在微量培养板孔内的液体探针材料中。在各种实施例中，针可以在环下降时保持静止，也可以将针的尖端设置于环的上方，而使针和环都降下。如所述的，在该环的设计中，一定数量的液体样本通过液体的表面张力和环内壁的表面作用被保持在环中。在该环升出探针材料溶剂后，环中所保持的液体形成凸起的新月面，该面从环的底部开口突出。具有试样的环而后能被设置于一个基质(例如，固定在电极台板740上的显微镜载玻片)上方的位置，在该基质上，环中一部分的试样沉积下来。在环中的液体容积足以沉积或定位超过一部分。事实上，在一个典型的应用中，100、200、300、400上至1000、2000或以上的部分能够从保持在环中的单一液体试样中被沉积下来。一般地，该部分的数量取决于每部分所需的体积、针的尺寸、以及液体试样的粘度。一旦所示优选实施例的针环装置位于基质上所希望的位置上方，针的尖端就降入、穿过、并离开保持在环中的液体试样。在针穿透、移动过、并离开液体试样时，液体试样的表面张力将液体试样保持在环中。如上所述，液体试样的一部分保持在针的尖端。针穿过环的部分具有一个通常比环的直径小的直径，以使针能穿透液体试样，而不破坏新月面，并不使液体试样离开环。尖端具有试样的针可以降向基质的表面，直到针端部的试样的新月面与基质表面开始接触。在所示优选实施例的典型操作中，针与基质相接触，而不具有破坏力。液体探针材料而后通过表面张力粘附到基质表面，在针抬起时，液体探针材料通过表面张力和重力被传输到基质表面。针后移通过环中的液体探针材料并位于液体探针材料的上方。通过在基质表面上方的另一期望位置处重新定位针环机构，可以重复探针沉积的过程。可选地，针和环可以设置于另一不同表面上方，例如移动到如上所述的另一显微镜载玻片。
在所示实施例中，使用构台系统实现打印头750的移动，该系统能够沿电极台板740部分的长度和宽度移动打印头，在该电极台板740上，微量培养板载玻片可以附着，并也在微量培养板容器760的上方。如图7所示，打印组件790设置于x-y构台上，该构台包括设置于电极台板740上方的横梁部分，打印头固定于该横梁部分上，并且可以沿这里所指的y方向移动。横梁部分被固定于框架710，并可以沿x方向移动，x方向与y方向正交。在这些方向上的运动受到由图1中的电动机/驱动器104示意地表示的构台电动机/驱动器的操纵。在操作中，打印头可以以一种曲折的方式沿电极台板上的一列从一块显微镜载玻片移动到另一块显微镜载玻片并沿邻近的列返回到电极台板上。然而，可以实施多种方式，包括，如所述的，那些其中电极台板上的位置被访问不止一次的。打印头沿电极台板长度，即这里所指的x方向，的移动，在所示实施例中被一系列位置分开的指示器(在图1中以构台传感系统102示意性地表示)导引，该指示器沿邻近于电极台板的装置框架嵌入。打印头沿横梁部分的运动，即沿y方向，被一系列位置分开的指示器(也为系统102的一方面)导引，在此实施例中，该指示器沿横梁部分本身嵌入。打印头相应于来自可执行程序172的命令移动，该可执行程序172指挥传感器计算指示器，并到达预编程的目的位置。然而，这种用于在x或y方向上以一种精确和受控的方式移动的技术仅仅是示意性的，相关技术人员可以在其它实施例中使用已知的各种其它技术。例如，用于在x和y方向上控制运动的装置为本领域普通技术人员所知，并在上面所参考的美国专利No.6121048中示出。生成探针阵列的各个方面和相关操作也描述于上面所参考的美国专利No.6269846中，以及美国专利No.6329143；6309831；6271957；6261776；6239273；6238862；6156501；6150147；6136269；6121048；6040193；5885837；5837832；5831070；5770722；5744305；5677195；5599695；5583211；5554501；5491074；5482867；5429807；以及5384261，在这里合并参考所有所述专利申请的全文。
如图17和18中所示的，所示实施例的阵列装置被设计为清洗和干燥针和环以防止探针材料在孔板中和显微镜载玻片上的污染。在此处所示的优选实施例中，打印头具有使用单独的清洗台(例如，图7所示的清洗台735)和单独的干燥台以在定位应用之间清洁针和环的选项。如图17中示意性地所示的，清洗台736中的清洗室1710被清洗泵1740和1750通过清洗入口1770充满清洗溶剂。在此实施例中，管道系统连接有两个入口1770，以使得来自分开的清洗保持室1780和1782的液体可以通过止回阀1700被泵入清洗室1710。在此实施例中，清洗台也包括两个排水贮液器1790和1792。通常与例如排水泵1720和1730的多个泵相连接的多个排水口，可以被用于通过清洗排水口1760和止回阀1700将被排出的不同溶剂提供到不同的排水贮液器1790和1792中。多个排水通道和排水贮液器的使用提供了优点，其在于该溶剂可以被再次使用，并有利于避免各溶剂的危险混和。在一些实施例中，一个清洗泵可以开动而另一个关闭，以便于可使用两种不同的液体进行顺序的清洗。在其它实施例中，两清洗泵可以同时开动，以使得两种液体一起被注射到清洗室中。而且，在其它的实施例中，可以提供一种星形连接或类似设置或集流腔，以使得来自分开的保持室中的多于两种的液体可以顺序地或同时地以任意组合被泵入或以其它方式提供给清洗台。
在一种示意性的清洗操作中，针和环降入清洗室，然后升出清洗室。根据本实施例，针和环而后降入单独的干燥室，该室使用压缩空气或真空而产生吸力，从而将液体从针和环处移开。干燥台可以位于清洗室的附近，或者在其它构台系统780可以达到的位置。图18为一种适于干燥针和环的干燥系统1800的简化表示图。如图18的示意性实施例中所示的，为每个针和环提供有一个真空接口1810，而该接口被设置于干燥板1815中的一个图案中，以与用于打印头750的针和环的图案相匹配。在此实施例中，板1815可以从干燥框架1830移开，在该框架中，设置有真空接口集流腔1820，以使得可以使用真空接口的交替图案，其适用于与针和环的其它图案一起使用。可以为例如空气放大器型真空发生器的真空发生器1850提供真空。空气如由排气箭头1852所示的被从发生器1850中排出。相关技术人员应当理解，各种清洗和干燥泵和阀驱动器和电动机可以在许多结构中使用，而这些各种实施例由图1的驱动器/电动机118示意性地表示。可以根据相关技术人员所掌握的技术而应用的相关传感器在图1中以传感器120表示。
PCT申请PCT/US01/04285(公开号WO 01/58593)中描述了一种可选的清洗和干燥系统，其通过上述参考资料结合于此。
在描述了各种实施例之后，相关技术人员应当理解，上述只是示意性的而非限定性的，仅仅是以例子的方式表示。在所示实施例的多种功能元件中分配功能的许多其它方案都是可能的。任何元件的功能可以在可选实施例中以不同的方式实施。
而且，在可选实施例中，几个元件的功能可以通过更少的，或单个的元件实现。类似地，在一些实施例中，任何功能元件可以执行比根据所示实施例所描述的更少的或不同的操作。而且，为示意的目的，示出为分别的功能元件可以在特定的实施例中与其它功能元件相结合。而且，功能或功能的部分的顺序一般地可以改变。一些功能元件、文件、数据结构，等等，可以在所示实施例中被描述为位于特定计算机的系统存储器中。然而，在其它的实施例中，它们可以位于或分布在彼此位置在一起的和/或远程的计算机系统或其它平台。例如，被描述为位置在一起的或“本地的”服务器或其它计算机的任何一种或多种数据文件或数据结构可以位于一种计算机系统或服务器的远程计算机中。另外，相关技术人员应当理解，在功能元件和各种数据结构之间的控制和数据流可以以许多方式不同于上述或参考文献中所述的控制和数据流。更特别地，中间功能元件可以指导控制和数据流，而各种元件的功能可以组合、分割和以其它方式重新设置，以实现并行处理或用于其它目的。而且，可以使用中间数据结构或文件，各种所述的数据结构或文件可以组合或以其它方式重新设置。许多其它的实施例及其修改，被视为落入由所附权利要求及其等价物定义的本发明的范围。
权利要求
1.一种定位系统，其包括微量培养板夹持器，其被构造和设置为用于夹持多个微量培养板；微量培养板处理装置，其被构造和设置为用于从微量培养板夹持器中取回具有多个孔的第一微量培养板；至少一个沉积元件，其被构造和设置为用于从第一微量培养板取回生物材料，并将该生物材料沉积到一个或多个基质上；清洁装置，其被构造和设置为用于在沉积元件沉积生物材料后对其进行清洗；以及计算机，其包括处理器和存储单元，该存储单元中存有可执行的计算机程序指令，在该指令被处理器执行时，提供一个或多个图形用户接口，该图形用户接口被构造和设置为，(a)为用户提供选择第一微量培养板的选项，(b)为用户提供将至少一种探针材料与第一微量培养板的多个孔中的一个或多个相关联的选项，以及(c)为用户提供将一个或多个基质上的一个或多个位置与该一个或多个孔相关联的选项。
2.一种用于处理装有生物材料的微量培养板的系统，其包括旋转式传送带，其被构造和设置为用于持有多个微量培养板；操纵臂，其被构造和设置为用于从旋转式传送带取回多个微量培养板中选定的微量培养板；微量培养板容器，其被构造和设置为用于从操纵臂取回所选微量培养板；以及控制器，其被构造得适用于将操纵臂导引到旋转式传送带，以取出所选微量培养板，并将操纵臂导引到微粒培养板容器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所选微量培养板具有多个孔，该孔适于并被构造为用于保持从由配合基体、受体、蛋白质、蛋白质片段、肽、核酸(RNA或DNA的寡核苷酸或多核苷酸)、抗体、小分子或其它生物分子中的一个或多个所构成的组中选出的探针材料。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于旋转式传送带可以绕垂直轴线旋转。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于旋转式传送带包括径向的设置的部分，每部分都具有一个或多个用于夹持微量培养板的槽。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于操纵臂包括纵向支撑部分，该部分终止于向上延伸的突起。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于纵向支撑部分具有一个长度，该长度足以使所选微量培养板设置于该支撑部分上，其中突起伸出微量培养板的端部，从而在微量培养板从旋转式传送带向微量培养板容器的传输过程中，将微量培养板固定到支撑部分。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于操纵臂包括一个或多个吸取装置，所述吸取装置被构造和设置为用于至少在微量培养板从旋转式传送带向微量培养板容器或从微量培养板容器向旋转式传送带的传输过程中，将所选微量培养板的底部表面固定于所述操纵臂。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述一个或多个吸取装置包括至少一个密封圈。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于操纵臂还被构造和设置得用于将所选微量培养板从微量培养板容器送回到旋转式传送带。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所选微量培养板从旋转式传送带中的第一位置被取回，并从微量培养板容器被送回到第一位置。
12.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述操纵臂还包括横向支撑部分，其具有用于接收微量培养板的壁凹。
13.根据权利要求2所述的系统，还包括微量培养板传输臂，在控制器的控制下，所述微量培养板传输臂与操纵臂相连接，并被构造和设置得用于在旋转式传送带和微量培养板容器之间转动。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于微量培养板传输臂还被构造和设置为，垂直移动操纵臂以接近旋转式传送带中的多个位置。
15.根据权利要求2所述的系统，其特征在于操纵臂包括臂展传感器，其被构造和设置得用于感知进入旋转式传送带的操纵臂的最大延伸。
16.根据权利要求2所述的系统，其特征在于旋转式传送带设置于环境控制室内。
17.根据权利要求2所述的系统，其特征在于微量培养板包括可移除的塞，而操纵臂被构造和设置为用于在微量培养板被微量培养板容器接收时选择性地移开塞。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于操纵臂包括一个或多个吸取装置，其被构造和设置为用于从所选微量培养板上移开塞。
19.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所选微量培养板的底表面包括多个孔底面，每个具有一个半径；微量培养板容器包括一个或多个用于接收孔底面半径的基准特性，以将所选微量培养板相对于微量培养板容器定位。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于该一个或多个基准特性包括至少一个圆锥和槽基准特性。
21.根据权利要求2所述的系统，其特征在于微量培养板容器包括一个和多个倾斜件，其被构造和设置为用于在其从操纵臂处接收所选微量培养板时，将所选微量培养板导引到微量培养板容器内。
22.一种用于处理装有生物材料的微量培养板的方法，其包括绕垂直轴线旋转多个微量培养板，以提供接近所选微量培养板的步骤；取出所选微量培养板的步骤；以及将所选微量培养板提供给微量培养板容器的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于所选微量培养板具有多个孔，该孔适于并被构造为用于保持从由配合基体、受体、蛋白质、蛋白质片段、肽、核酸(RNA或DNA的寡核苷酸或多核苷酸)、抗体、小分子或其它生物分子中的一个或多个所构成的组中选出的探针材料。
24.一种用于处理装有生物材料的微量培养板，其包括绕垂直轴线使多个微量培养板旋转以提供接近所选微量培养板的装置；取出所选微量培养板的装置；以及将所选微量培养板提供给微量培养板容器的装置。
25.一种用于清洗一个或多个用于沉积生物材料的沉积元件的系统，其包括第一贮液器，其被构造和设置为用于容纳第一溶剂；第二贮液器，其被构造和设置为用于容纳第二溶剂；清洗室，其被构造和设置为用于接收沉积元件，并具有至少一个入水口和至少一个排水口；第一泵，其与第一贮液器流体连通；第二泵，其与第二贮液器流体连通；控制器，其与第一和第二泵相连接，并被构造和设置为用于顺序地或同时地选择性地启动第一和第二泵；第一导管，其与至少一个入水口和第一泵流体连通，并被构造和设置为用于在控制器启动第一泵时，将第一溶剂传输到入水口；以及第二导管，其与至少一个入水口和第二泵流体连通，并被构造和设置为用于在控制器启动第二泵时，将第二溶剂传输到入水口。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于第二溶剂与第一溶剂不同。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于沉积元件包括一个组件，其具有一个或多个被构造和设置为用于沉积生物材料点的针，也具有一个或多个局部地与该针以一一对应的关系相关联以提供生物材料供给的环。
28.根据权利要求25所述的系统，其特征在于第一和第二泵为同一泵，其选择性地连接到第一或第二贮液器。
29.根据权利要求25所述的系统，其特征在于该至少一个入水口包括第一入水口，而第一和第二导管与第一入水口通过三通管接头流体连通。
30.根据权利要求25所述的系统，其特征在于该至少一个入水口包括连通到第一导管的第一入水口和连通到第二导管的第二入水口。
31.一种用于清洗和干燥一个或多个用于沉积生物材料的沉积元件的系统，其包括一个或多个第一贮液器，其被构造和设置为用于分别地容纳一种或多种清洗剂；第二贮液器，其被构造和设置为用于容纳干燥剂；被构造和设置为用于接收沉积元件的室，其具有至少一个入水口和至少一个排水口；第一泵，其连通到第一贮液器；第二泵，其连通到第二贮液器；控制器，其连通到第一和第二泵，并被构造和设置为用于顺次地或同时地选择性地启动第一和第二泵；连通到该至少一个入水口和第一泵的第一导管，其被构造和设置为用于，在控制器启动第一泵时，将一种或多种清洗剂传输到入水口；连通到该至少一个入水口和第二泵的第二导管，其被构造和设置为用于，在控制器启动第二泵时，将干燥剂传输到入水口。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于干燥剂包括气体。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于该气体受压或为真空。
34.一种用于清洗一个或多个用于沉积生物材料的沉积元件的系统，其包括用于容纳第一溶剂的装置；用于容纳第二溶剂的装置；用于接收沉积元件的装置，其中该接收装置包括至少一个入水口和至少一个排水口；第一和第二泵装置，其用于泵给第一和第二溶剂；用于顺次地或同时地选择性地启动第一和第二泵装置的装置；以及用于将第一和第二溶剂传输到接收装置的装置。
35.一种阵列系统，其包括微量培养板处理装置，其包括被构造和设置为用于夹持多个微量培养板的微量培养板夹持器；以及计算机，其包括处理器和存储单元，该存储单元中存有可执行的计算机程序指令，在该指令被处理器执行时，实现包括下述步骤的方法(a)选择具有多个孔的第一微量培养板，(b)将至少一个探针材料与一个或多个孔相关联，以及(c)将一个或多个基质上的一个或多个位置与该一个或多个孔相关联。
36.根据权利要求35所述的系统，其特征在于第一微量培养板由第一微量培养板处理装置所保持。
37.根据权利要求35所述的系统，其特征在于微量培养板处理装置还包括操纵臂，其在计算机的控制下，从微量培养板夹持器取回第一微量培养板。
38.一种阵列装置系统，其包括微量培养板处理装置，其包括被构造和设置为用于夹持多个微量培养板的微量培养板夹持器；以及计算机，其包括处理器和存储单元，该存储单元中存有可执行的计算机程序指令，该指令在被处理器执行时，提供一个或多个图形用户接口，该图形用户接口被构造和设置为，(a)为用户提供选择具有多个孔的第一微量培养板的选项，(b)为用户提供将至少一种探针材料与一个或多个孔相关联的选项，以及(c)为用户提供将一个或多个基质上的一个或多个位置与该一个或多个孔相关联的选项。
全文摘要
本发明描述了一种用于从旋转式传送带(720)中自动地取出微量培养板的系统(199)。该系统包括一个操纵臂(1200，755)，其从旋转式传送带(720)中取出微量培养板；一个微量培养板容器(760)，其接收来自操纵臂的所选微量培养板，以及控制器(150)，其将操纵臂导引到用于取出所选微量培养板的旋转式传送带，并将操纵臂导引到微量培养板容器，以使得该容器可以接收所选微量培养板。旋转式传送带可以绕垂直轴旋转。也描述了系统(735，1800)，其用于清洗用于将生物材料定位在基质上的沉积元件。也描述了图形用户接口(200、300、400、500、600)，其用于使用户能确定哪块微量培养板将被用来提供生物探针材料，以及哪些探针材料以何种图案被沉积于基质上。该接口使用户在基质上的同一位置上设置多个部分的生物材料。也描述了图形用户接口，其为用户提供了选择具有多个孔的第一微量培养板的选项，而至少一种探针材料对应一个或多个孔，一个或多个基质上的一个或多个位置对应一个或多个孔。
文档编号B01L3/02GK1524017SQ02809262
公开日2004年8月25日 申请日期2002年5月2日 优先权日2001年5月3日
发明者彼得·D·洪卡宁, 彼得 D 洪卡宁, J 伍拉韦尔, 蒂莫西·J·伍拉韦尔, E 麦肯齐, 埃里克·E·麦肯齐, P 布拉德伯里, 戴维·P·布拉德伯里, R 琼斯, 马克·R·琼斯 申请人:阿菲梅特里克斯公司