Die zunehmende Entschlüsselung der Genome von Menschen, Tie- ren und Pflanzen schafft eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, von der Diagnose von genetisch bedingten Krankheiten bis hin zur wesentlich beschleunigten Suche nach pharmazeutisch in- teressanten Wirkstoffen. So werden beispielsweise die oben genannten Biochips künftig eingesetzt werden, um Lebensmit- tel hinsichtlich einer Vielzahl möglicher, gentechnisch ver- änderter Bestandteile zu untersuchen. In einem weiteren An- wendungsgebiet können derartige Biochips verwendet werden, um bei genetisch bedingten Krankheiten den genauen Gendefekt festzustellen, um daraus die ideale Strategie zur Behandlung der Krankheit abzuleiten.

Die Biochips, die für derartige Anwendungen verwendbar sind, bestehen in der Regel aus einem Trägermaterial, d. h. einem Substrat, auf welches eine Vielzahl unterschiedlicher Sub- stanzen in Form eines Rasters, aufgebracht wird. Typische Rasterabstände in dem Array liegen zwischen 100 um und 1.000 Rm. Die Vielfalt der unterschiedlichen Substanzen, die als sogenannte Analyte bezeichnet werden, auf einem Biochip reicht je nach Anwendung von einigen wenigen unterschiedli- chen Stoffen bis hin zu einigen 100.000 verschiedenen Stof- fen pro Substrat. Mit jedem dieser unterschiedlichen Analyte kann ein ganz bestimmter Stoff in einer unbekannten Probe nachgewiesen werden.

Bringt man eine unbekannte Probenflüssigkeit auf einen Bio- chip auf, so treten bei bestimmten Analyten Reaktionen auf, die über geeignete Verfahren, beispielsweise eine Fluores- zenzerfassung detektiert werden können. Die Anzahl der un- terschiedlichen Analyte auf dem Biochip entspricht dabei der Anzahl der unterschiedlichen Bestandteile in der unbekannten Probenflüssigkeit, die mit dem jeweiligen Biochip gleichzei- tig analysiert werden können. Bei einem solchen Biochip han- delt es sich somit um ein Diagnosewerkzeug, mit welchem eine unbekannte Probe gleichzeitig und gezielt hinsichtlich einer Vielzahl von Inhaltsstoffen untersucht werden kann.

Zum Aufbringen der Analyte auf ein Substrat, um einen sol- chen Biochip zu erzeugen, sind derzeit drei grundsätzlich verschiedene Verfahren bekannt. Diese Verfahren werden al- ternativ je nach benötigter Stückzahl der Biochips bzw. nach notwendiger Analytenzahl pro Chip eingesetzt.

Das erste Verfahren wird als"Contactprinting"bezeichnet, wobei bei diesem Verfahren ein Bündel aus Stahlkapillaren verwendet wird, die im Inneren mit verschiedenen Analyten gefüllt sind. Dieses Bündel aus Stahlkapillaren wird auf das Substrat gestempelt. Beim Abheben des Bündels bleiben die Analyte in Form von Mikrotröpfchen an dem Substrat haften.

Bei diesem Verfahren wird die Qualität des Druckmusters al- lerdings sehr stark durch die Wirkung von Kapillarkräften bestimmt und hängt dadurch von einer Vielzahl von kritischen Parametern ab, beispielsweise der Qualität und der Beschich- tung der Oberfläche des Substrats, der genauen Geometrie der Düse und vor allem von den verwendeten Medien. Daneben ist das Verfahren sehr anfällig gegenüber Verunreinigungen des Substrats sowie der Düsen. Dieses eben beschriebene Verfah- ren eignet sich bis zu einer Analytenvielfalt von einigen 100 pro Substrat.

Bei einem zweiten Verfahren zum Erzeugen von Biochips, dem sogenannten"Spotting"werden meist sogenannte Mikrodispen- ser eingesetzt, die ähnlich wie Tintendrucker in der Lage sind, einzelne Mikrotröpfchen einer Flüssigkeit auf einen entsprechenden Steuerbefehl hin auf ein Substrat zu schießen. Ein solches Verfahren wird als"drop-on-demand" bezeichnet. Solche Mikrodispenser sind von einigen Firmen kommerziell erhältlich. Der Vorteil bei diesem Verfahren liegt darin, daß die Analyte berührungslos auf ein Substrat aufgebracht werden können, wobei der Einfluß von Kapillar- kräften bedeutungslos ist. Ein wesentliches Problem besteht jedoch darin, daß es sehr teuer und überaus schwierig ist, eine Vielzahl von Düsen, die alle mit unterschiedlichen Me- dien versorgt werden, parallel, bzw. in einem Array, anzu- ordnen. Das limitierende Element ist hierbei die Aktorik so- wie die Medienlogistik, die nicht in dem gewünschten Maße miniaturisierbar sind.

Als ein drittes Verfahren zur Herstellung von Biochips wird derzeit das sogenannte"Syntheseverfahren"verwendet, bei dem die Analyte, die in der Regel aus einer Kette aneinan- derhängender Nukleinsäuren bestehen, chemisch auf dem Sub- strat hergestellt, also synthetisiert werden. Zur Abgrenzung der räumlichen Position der unterschiedlichen Analyte werden Verfahren verwendet, wie sie aus der Mikroelektronik bekannt sind, beispielsweise Lithographieverfahren mit Maskentech- nik. Dieses Syntheseverfahren ist unter den genannten Ver- fahren mit Abstand das teuerste, wobei jedoch die größte Analytenvielfalt auf einem Chip herstellbar ist, in der Größenordnung von 100.000 verschiedenen Analyten pro Sub- strat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vor- richtungen und ein Verfahren zum Aufbringen einer Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat zu schaffen, die es er- möglichen, Mikrotröpfchen gleichzeitig in einem regelmäßigen Muster kostengünstig und exakt auf ein Substrat aufzubrin- gen, sowie ein Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung einer solchen Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Vorrichtungen nach den Ansprüchen l und 21 und Verfahren nach den Ansprüchen 23 und 24 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Auf- bringen einer Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat, die eine Mehrzahl von Düsenöffnungen in einem Dosierkopf aufweist. Ferner ist eine Einrichtung zum Festlegen einer Flüssigkeitssäule eines zu dosierenden Mediums an jeder Dü- senöffnung vorgesehen. Eine mit einem Puffermedium füllbare Druckkammer ist derart angeordnet, daß durch das Pufferme- dium gleichzeitig ein Druck auf die von den Düsenöffnungen beabstandeten Enden der Flüssigkeitssäulen ausübbar ist.

Schließlich ist eine Druckerzeugungseinrichtung vorgesehen, um das Puffermedium derart mit einem Druck zu beaufschlagen, daß durch die Mehrzahl von Düsenöffnungen gleichzeitig eine Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf das Substrat aufgebracht wird. Die Druckkammer kann dabei in dem Dosierkopf, in der Druckerzeugungsvorrichtung oder sowohl in dem Dosierkopf als auch der Druckerzeugungsvorrichtung gebildet sein.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Aufbringen einer Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf ein Sub- strat, bei dem zunächst jeweils eine Flüssigkeitssäule eines zu dosierenden Mediums an jeder einer Mehrzahl von Düsenöff- nungen erzeugt wird. Im Anschluß wird gleichzeitig ein Druck auf die von den Düsenöffnungen beabstandeten Enden der Flüs- sigkeitssäulen über ein Puffermedium ausgeübt, so daß gleichzeitig Mikrotröpfchen der zu dosierenden Medien aus den Düsenöffnungen ausgestoßen werden können.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, gleichzeitig eine Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf ein Substrat aufzubringen, indem durch ein gemeinsames Puffermedium gleichzeitig ein Druck auf an Düsenöffnungen angeordneten Flüssigkeitssäulen ausgeübt wird. Das Pufferme- dium ist vorzugsweise inert dahingehend, daß ein über das- selbe aufgeprägter kurzer Druckpuls homogen an die Flüssig- keitssäulen sämtlicher Düsen weitergegeben wird, und daß ferner eine Vermischung unterschiedlicher an die Düsenöff- nungen anliegender Medien verhindert ist, d. h. daß das Puf- fermedium Dosierungsmedien-trennende Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß können die Düsenöffnungen bzw. die Düsen in dem gleichen gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet sein, in dem auch die Fluidtropfen auf das Substrat aufge- bracht werden sollen. Wenn die Düsen sehr nahe zueinander angeordnet sein sollen, ist vorzugsweise jede Düse durch ei- ne eigene Medienleitung mit einem größeren, außenliegenden Reservoir verbunden, über welches jede Düse bzw. jede Düsen- öffnung mit einer bestimmten Flüssigkeit versorgt werden kann. Liegen die Düsen jedoch weit genug auseinander, daß sie mit konventionellen Verfahren, beispielsweise mittels Standard-Pipettierautomaten, mit Flüssigkeit versorgt werden können, kann auf die Medienleitungen sowie die Flüssigkeits- reservoire verzichtet werden, wobei dann das Flüssigkeitsre- servoir direkt über der Düse angeordnet sein kann.

Um das erfindungsgemäße Puffermedium mit einem Druckpuls zu beaufschlagen, wird bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Membran mit zugeordnetem Ak- tor verwendet. Jedoch kann der Druckpuls auch auf jegliche denkbare andere Art erzeugt werden, beispielsweise indem durch ein chemisches oder thermisches Ereignis ein Überdruck in der Druckkammer, in der sich das Puffermedium befindet, erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Stößel mit einem zuge- ordneten Aktor verwendet werden. Ferner ist es möglich, daß die Druckerzeugungseinrichtung eine Druckluftzuführungsein- richtung aufweist, die mit der Druckkammer in fluidmäßiger Verbindung ist.

Erfindungsgemäß wirkt der erzeugte schnelle Druckpuls homo- gen auf alle Düsen und beschleunigt die in den Düsen enthal- tene Flüssigkeit. Somit können gleichzeitig Mikrotröpfchen aus einer Mehrzahl von Düsenöffnungen ausgestoßen werden.

Daneben verhindert das erfindungsgemäße Puffermedium, daß beim Aufbringen unterschiedlicher zu dosierender Medien auf ein Substrat eine Vermischung dieser Medien stattfindet.

Erfindungsgemäß wird die Flüssigkeitssäule an den Düsenöff- nungen vorzugsweise dadurch erzeugt, daß die Düsenöffnung das äußere Ende eines durch eine Kapillarwirkung befüllbaren Kanals ist, wobei in dem Kanal die Flüssigkeitssäule gebil- det wird. Dieser Kanal ist dann vorzugsweise mit der Fluid- verbindungsleitung zu einem Flüssigkeitsreservoir verbunden, derart, daß stets eine kapillare Befüllung des Kanals reali- siert werden kann.

Die vorliegende Erfindung schafft somit Vorrichtungen und Verfahren, durch die Mikrotröpfchen, insbesondere von biolo- gisch relevanten Stoffen, erzeugt und in einem regelmäßigen Muster auf ein Substrat aufgebracht werden können. Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Dosierkopf für eine solche Vorrichtung zum Aufbringen einer Mehrzahl von Mikro- tröpfchen auf ein Substrat und ein Verfahren, das vorteil- haft bei der Herstellung eines solchen Dosierkopfes verwen- det werden kann.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab- hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine Querschnittansicht eines Ausfüh- rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ; Fig. 2 schematisch eine Querschnittansicht eines bei der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Siliziumsub- strats ; Fig. 3 schematisch eine Unteransicht des in Fig. 2 gezeig- ten Substrats ; Fig. 4 schematisch eine Draufsicht des in Fig. 2 gezeigten Substrats ; Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht zur Erläute- rung eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ; Fig. 6,7 und 8 schematisch Querschnittansichten weiterer Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrich- tungen ; Fig. 9A und 9B eine schematische Unteransicht und eine schematische Querschnittansicht zur Erläuterung ei- nes Ausführungsbeispiels einer Düsenöffnungsausge- staltung ; Fig. 10 eine schematische vergrößerte Ansicht eines Ab- schnitts a in Fig. 6 ; Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitsre- servoirs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor- liegenden Erfindung ; und Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Fluiddurchführung von einer Vorderseite zu einer Rückseite eines Fluidiksubstrats.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, besteht das dargestellte Aus- führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen einer Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf ein Sub- strat aus einem strukturierten Siliziumsubstrat 2, einer auf das Siliziumsubstrat 2 aufgebrachten Zwischenplatte 4, sowie einer auf die Zwischenplatte 4 aufgebrachten Schicht 6, in der eine Druckerzeugungsvorrichtung in der Form einer Ver- drängermembran 8 gebildet ist.

Zunächst wird der Aufbau des Siliziumsubstrats 2 insbesonde- re bezugnehmend auf die Fig. 2-4, die jeweils vergrößerte Ansichten dieses Siliziumsubstrats 2 darstellen, näher er- läutert. Wie zu erkennen ist, sind in einer Unterseite des Siliziumsubstrats 2 eine Mehrzahl von Düsen gebildet, die untere Düsenöffnungen 14 aufweisen. Die Düsen besitzen vor- zugsweise eine solche Größe, daß eine kapillare Befüllung derselben möglich ist, wobei dieselben ferner derart in der Unterseite des Chips 2 mikrostrukturiert sind, daß sie ge- genüber der umgebenden Siliziumoberfläche exponiert sind. In den Figuren sind sechs nebeneinander angeordnete Düsen dar- gestellt, wobei eine Unteransicht des Siliziumchips 2 mit den in der Unterseite desselben strukturierten Düsenöffnun- gen 14 in Fig. 3 gezeigt ist, wobei zu sehen ist, daß das dargestellte Ausführungsbeispiel vierundzwanzig Düsen ent- hält. Wie ebenfalls zu erkennen ist, sind die Düsen gegen- über der umgebenden Siliziumoberfläche exponiert, wobei die Umrandung 24 den äußeren Rand des Siliziumchips 2 darstellt.

Hierbei sei angemerkt, daß die Umrandung bei der Darstellung von Fig. 3 gegenüber der Darstellung von Fig. 1 eine verrin- gerte Breite aufweist.

Über den Düsenöffnungen 14 der Düsen sind jeweils Kanäle 15 angeordnet, über die eine Flüssigkeitssäule über der jewei- ligen Düsenöffnung 14 festlegbar ist. Die jeweiligen Düsen sind über Medienleitungen 26, die insbesondere in Fig. 4 so- wie dem vergrößerten Abschnitt 22 in Fig. 2 zu erkennen sind, mit Medienreservoiren 28, die in der Oberfläche des Siliziumchips 2 gebildet sind, verbunden. Hierbei sei ange- merkt, daß in den Querschnittansichten der Fig. 1 und 2 je- weils nur zwei Medienleitungen 26 zu erkennen sind. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, sind vierundzwanzig Medienreservoire 28 über Medienleitungen 26 mit den jeweiligen Düsen des Si- liziumchips 2 verbunden.

Die Medienreservoire 28 sind bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel in der den Düsenöffnungen 14 gegenüberliegen- den Oberflächen des Siliziumchips 2 strukturiert. Die Me- dienreservoire 28 sind vorzugsweise so ausgelegt, daß sie mit Standard-Pipettierautomaten automatisiert mit Flüssig- keiten befüllt werden können. Dazu können dieselben bei- spielsweise identische Durchmesser und Abstände besitzen wie die Kammern einer bekannten 348-Well-Mikrotiterplatte. Die Medienleitungen 26 sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß Flüssigkeit aus den Medienreservoiren 28 durch Kapillar- kräfte über die Medienleitungen zu den Düsenöffnungen 14 ge- zogen werden. Somit können über die Medienleitungen 26 die Kanäle 15 der eng beieinanderliegenden Düsenöffnungen 14 mit Flüssigkeit aus größeren Reservoiren 28 versorgt werden.

Zwischen den Medienreservoiren 28 und den Düsenöffnungen 14 findet somit eine Formatumwandlung statt.

Die dargestellten Düsenöffnungen 14 können beispielsweise einen Durchmesser von 200 Em aufweisen, wobei die Medienlei- tungen ebenfalls eine Breite von 200 um besitzen können. So- mit läßt sich das dargestellte Array von vierundzwanzig Dü- sen bequem mit einem gegenseitigen Abstand von 1 mm anord- nen. Der limitierende Faktor für die Anzahl der Düsen, die sich in einem Array anordnen lassen, ist dabei die Breite der Verbindungskanäle, die die Düsen mit den Medienreservoi- ren verbinden. Diese Verbindungskanäle müssen zwischen den Düsen nach außen geführt werden. Reduziert man die Breite dieser Kanäle weiter, so können auch 48,96 oder eine noch größere Anzahl von Düsen auf einem Dosierkopf untergebracht werden.

Auf dem Siliziumchip 2 ist bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nun eine Zwischen- platte 4 angeordnet, die eine Ausnehmung 30 aufweist, die über den Düsen angeordnet ist, so daß diese Ausnehmung 30 eine Druckkammer zur Aufnahme eines Puffermediums dienen kann. Das Puffermedium, das in der Druckkammer 30 angeordnet ist, ist vorzugsweise ein Gas-oder Luft-Gemisch.

Die Zwischenplatte 4 weist bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ferner Ausnehmungen 32 auf, die eine Erhöhung der Kapazität der in dem Siliziumchip 2 gebildeten Medienre- servoire 28, um eine größere Menge an Flüssigkeit 34 aufneh- men zu können, bewirken. Als Druckerzeugungsvorrichtung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Membran 8 über der Druckkammer 30 vorgesehen, wobei über diese Membran 8 ein Überdruck in der Druckkammer 30 erzeugt werden kann. Die Membran 8 kann beispielsweise aus einer elastischen Folie oder aus Silizium bestehen. Zur Vereinfachung der Herstel- lung kann diese Membran Teil einer Schicht 6 sein, die auf die Oberseite der Zwischenplatte 4 aufgebracht ist, wobei die Schicht 6 im Bereich der Medienreservoire 28,32 dann vorzugsweise Öffnungen zum Nachfüllen derselben aufweist.

Um eine schlagartige Auslenkung der Verdrängermembran 8 zu erzeugen, kann vorzugsweise eine mechanische Vorrichtung (in Fig. 1 nicht dargestellt) vorgesehen sein, die beispielswei- se durch einen Pneumatik-Kolben gebildet sein kann, der mo- dular, ohne feste Verbindung zu dem in Fig. 1 dargestellten Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung über der Ver- drängermembran 8 angebracht wird. Der Aktor kann alternativ auch aus einem Piezoaktor oder einem rein mechanischen Auf- bau, beispielsweise einer Feder, bestehen.

Ein solches Aktorbauglied ist schematisch in Fig. 5 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 40 versehen, wobei das Aktorbau- glied 40 eine Bewegung entlang des Pfeils 42 bewirken kann, um somit einen Druck in der Druckkammer 30 zu erzeugen. Wie ferner in Fig. 5 gezeigt ist, ist bei dem dargestellten Aus- führungsbeispiel ein Entlüftungsventil 44 in der Verdränger- membran 8 angeordnet, um bei der Relaxation der Verdränger- membran 8 eine Beschleunigung der in den Düsen angeordneten Flüssigkeitsvolumina in Richtung zu der Verdrängermembran 8 hin zu verhindern. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist das Entlüftungsventil 44 als aktives Ven- til dargestellt, das beim Auslenken der Verdrängermembran 8, um einen Überdruck in der Druckkammer 30 zu erzeugen, durch den Aktor 40 selbst verschlossen wird, während es beim Rück- weg des Aktorbauglieds 40 zur Entlüftung freigegeben wird.

Hierbei ist die Aktorgeschwindigkeit größer als die durch die Membranrelaxation erzeugte Geschwindigkeit der Verdrän- germembran 8.

Im folgenden wird nun die Funktionsweise der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Zu Beginn werden die Medienreservoire 28,32 vorzugsweise mit unterschiedli- chen auf ein Substrat aufzubringenden Medien gefüllt, wobei dies, wie oben erläutert wurde, beispielsweise aus einer herkömmlichen Mikrotiterplatte mit Hilfe von Standard-Pipet- tierautomaten erfolgen kann. Durch die beim bevorzugten Aus- führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Ab- messungen der Medienleitungen 26 sowie der Düsen erfolgt nun eine automatische Befüllung der Düsen bis zu der unteren Dü- senöffnung 14 derselben durch eine Kapillarwirkung. In der Druckkammer 30 ist dann das Puffermedium, beispielsweise ein Luft-oder Gas-Gemisch angeordnet, wobei dasselbe durch die Umgebungsluft oder ein speziell durch die Öffnung 42 einge- brachtes Gemisch gebildet sein kann. In jedem Fall besitzt das Puffermedium bezüglich der zu dosierenden Flüssigkeiten Medien-trennende Eigenschaften, so daß ein Vermischen der zu dosierenden Medien in der Druckkammer 30 nicht stattfindet.

Um diese Medientrennungseigenschaft zu unterstützen, kann die Oberseite des Chips mit einer hydrophoben Schicht be- deckt sein. Somit kann die Sicherheit, daß nicht Flüssigkei- ten aus verschiedenen Medienleitungen im Bereich der Düsen untereinander vermischt werden, erhöht werden. Überdies kann auch die Unterseite des Chips, in der die Düsenöffnungen ge- bildet sind, mit einer hydrophoben Schicht bedeckt sein.

Wenn die Düsen nun vorzugsweise durch Kapillarwirkungen bis zu den Öffnungen derselben mit der zu dosierenden Flüssig- keit gefüllt sind, wird durch den Aktor 40 ein Druckpuls be- wirkt, um in der Druckkammer 30 eine mechanische Verdrängung durch die Verdrängermembran 8 zu erzeugen. Dadurch wird durch das Puffermedium ein homogener Druckpuls in der Druck- kammer 30 ausgebreitet, wie durch die Pfeile 46 in Fig. 1 gezeigt ist. Der erzeugte schnelle Druckpuls wirkt homogen auf alle Düsen und beschleunigt die an den Düsenöffnungen 14 anstehende Flüssigkeitssäule. Die in den Medienleitungen 26 anstehende Flüssigkeit, die zu den Kanälen 15, in denen die Flüssigkeitssäule angeordnet ist, eine fluidische Parallel- schaltung darstellt, wird dabei aufgrund des größeren Strö- mungswiderstands deutlich schwächer beschleunigt als das Vo- lumen der an den Düsenöffnungen anstehenden Flüssigkeitssäu- len. Somit wird die Flüssigkeit zeitgleich durch alle Düsen- öffnungen 14 ausgestoßen. Dieser Ausstoß wird dadurch be- wirkt, daß das durch die Verdrängerbewegung komprimierte Puffermedium durch die Ausdehnungstendenz desselben einen Überdruck in der Druckkammer 30 erzeugt. Sind nun die Düsen leer, bzw. ist der Überdruck des Puffermediums so weit abge- baut, daß sich an den Düsen keine Flüssigkeit mehr ablöst, befüllen sich die Düsen aufgrund der wirkenden Kapillarkräf- te in den Medienleitungen 26 wieder.

Im Anschluß wird die Verdrängermembran 8 in ihre Ursprungs- stellung zurückbewegt, indem das Aktorbauglied 40 entspre- chend betrieben wird. Um einen Unterdruck, der durch die Re- laxation der Verdrängermembran erzeugt werden würde, in der Druckkammer 30 zu verhindern, ist das Entlüftungsventil 44 vorgesehen. Dieses Entlüftungsventil erlaubt zum Zeitpunkt der Membranrelaxation eine Entlüftung der Druckkammer, so daß keine Beschleunigung der in den Düsen angeordneten Flüs- sigkeit in einer Richtung zu der Verdrängermembran 8 hin be- wirkt wird. Befindet sich nun die Verdrängermembran 8 wieder in ihrer Ausgangsstellung, kann der nächste Dosiervorgang durchgeführt werden.

Alternativ zu dem oben beschriebenen aktiven Entlüftungsven- til 44 kann auch ein passives Ventil vorgesehen sein, bei dem es sich beispielsweise um ein sehr kleines Entlüftungs- loch handeln kann, das sich an einer beliebigen Stelle der Druckkammer 30 befinden kann. Bevorzugt kann dieses sowohl in der Verdrängermembran als auch auf der Düsenseite in Si- lizium angeordnet sein. Bei schnellen Membranbewegungen, wie sie beispielsweise zum Ausstoßen der Mehrzahl von Mikro- tröpfchen durchgeführt werden, erlaubt dieses Entlüftungs- loch keinen Druckausgleich. Jedoch läßt dasselbe beim rela- tiv langsamen Relaxieren der Membran einen Druckausgleich zu und verhindert somit einen Unterdruck in der Druckkammer, so daß eine nachteilige Druckdifferenz an den Düsen verhindert werden kann.

In der obigen Beschreibung wurde der Ausdruck Düse 14 je- weils verwendet, um eine nach außen gerichtete Düsenöffnung sowie eine über derselben angeordnete Einrichtung zum Fest- legen einer Flüssigkeitssäule an der Düsenöffnung zu defi- nieren. Zum Ausstoßen eines Mikrotröpfchens wird dann durch das Puffermedium jeweils ein Druck auf das von der Düsenöff- nung beabstandete Ende der Flüssigkeitssäule ausgeübt. Um das Flüssigkeitsvolumen in der Düse, d. h. das Flüssigkeits- volumen der Flüssigkeitssäule, zu vergrößern, kann über der Düsenöffnung zusätzlich zu den vorgesehenen Kanälen in axia- ler Richtung eine offene Steigleitung angeordnet sein. Diese Steigleitungen können über eine T-förmige Verbindung nahe der Düse an die Medienleitungen angebunden sein, die unver- ändert die Düsen mit jeweiligen Medienreservoiren verbinden.

Die Steigleitungen befüllen sich mit Flüssigkeit aus den Me- dienleitungen allein aufgrund von Kapillarkräften. In diesem Fall wird durch das Puffermedium ein Druck auf das von den Düsen beabstandete Ende der Steigleitung ausgeübt.

Falls die Steigleitungen oder auch der Düsenbereich direkt durch herkömmliche Verfahren, beispielsweise durch Pipet- tierautomaten oder durch Mikrodispenser und dergleichen, mit Flüssigkeit aufgefüllt werden können, kann auf die ange- schlossenen Reservoire sowie die Medienleitungen verzichtet werden. Andernfalls stellen die außenliegenden Reservoire, wie sie in der Draufsicht von Fig. 4 zu erkennen sind, eine bevorzugte Ausgestaltung dar, da sie bequem mit Standard-Pi- pettierautomaten befüllt werden können und ferner durch die- selben bewirkt werden kann, daß sich eventuell vorgesehene Steigleitungen automatisch über Kapillarkräfte befüllen.

Vorzugsweise kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen einer Mehrzahl von Mikrotröpfchen auf ein Sub- strat durch jede Düse ein unterschiedliches Flüssigkeitsme- dium auf das Substrat aufgebracht werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß mehrere Düsen eine Düsengruppe bilden, die dann über eine gemeinsame Medienleitung mit derselben Flüssigkeit versorgt wird.

Die in Fig. 4 gezeigten Medienleitungen 26 sind nebeneinan- der in der Oberfläche des Siliziumchips 2 gebildet. Wie oben erwähnt wurde, begrenzt diese Anordnung der Medienleitungen die Packungsdichte der Düsen. Um die Packungsdichte der Dü- sen erhöhen zu können, ist es möglich, mehrere Abdeckplatten bzw. Zwischenplatten übereinander zu montieren und die Me- dienleitungen dann auf mehrere Ebenen zu verteilen. Indem Leitungen auf verschiedenen Ebenen geführt werden, können sich diese auch scheinbar kreuzen, ohne daß eine Vermischung der verschiedenen Flüssigkeiten in den jeweiligen Leitungen stattfindet. Hierbei ist anzumerken, daß im Bereich der Dü- sen die Medienleitungen sowohl offen geführt sein können als auch mit einer Abdeckung versehen sein können. Offene Me- dienleitungen haben den Vorteil, daß sie sich schneller be- füllen und weniger verschmutzungsanfällig sind. Abgedeckte Medienleitungen sind vorteilhaft dahingehend, daß eine Quer- kontamination zwischen verschiedenen Medienleitungen sicher ausgeschlossen werden kann.

Wie bereits oben erwähnt wurde, kann jegliche Druckerzeu- gungsvorrichtung verwendet werden, die in der Lage ist, das Puffermedium mit einem Druckpuls zu beaufschlagen. Vorzugs- weise wird hierzu eine Verdrängermembran, die durch einen geeigneten Aktor, beispielsweise einen Pneumatik-Kolben, ei- nen Piezoaktor oder eine Feder, getrieben wird, verwendet.

Der erforderliche Verdrängungsweg ist dabei zum einen auf- grund der Kompressibilität des Gases von der Größe des Volu- mens, in dem das Puffermedium angeordnet ist, und zum ande- ren von der Größe der Düsen abhängig, und sollte über einen veränderbaren Stellweg des Aktors einstellbar sein. Führt man die Verdrängermembran leitfähig aus, so kann über die Detektion eines elektrischen Kontakts eine definierte Refe- renzposition des Aktors hinsichtlich der Membran angefahren werden.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer abweichenden Druckerzeugungseinrich- tung wird nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 6 erläutert. In Fig. 6 ist wiederum ein Dosierkopfsubstrat 102 gezeigt, wo- bei in einer unteren Oberfläche desselben Düsenöffnungen 104 gebildet sind, die über Fluidleitungen 106 mit Flüssigkeits- reservoiren 108, die in einer Zwischenschicht 110 gebildet sind, verbunden sind. Über der Zwischenschicht 110 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Deckplatte 112 angeordnet, in der Entlüftungsöffnungen 114 für die Fluidre- servoire 108 gebildet sind.

Wie in Fig. 6 zu sehen ist, weist die Deckplatte 112 jewei- lige Ausnehmungen 116 auf, derart, daß jeweils für eine Mehrzahl von Fluidreservoiren eine Entlüftungsöffnung 114 vorgesehen ist. Durch das Vorsehen der Entlüftungsöffnungen wird bewirkt, daß sich beim kapillaren Nachfließen der Do- siermedien kein Unterdruck in den Flüssigkeitsreservoirs 108 aufbaut. Um ferner die Verdunstung aus den Flüssigkeitsre- servoirs 108 zu verringern, besitzen die Entlüftungslöcher 114 vorzugsweise einen kleineren Flächenquerschnitt als die Reservoiröffnungen. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, daß, wie in Fig. 6 dargestellt ist, für eine Mehr- zahl von Flüssigkeitsreservoiren 108 eine einzige Entlüf- tungsöffnung 114 vorgesehen ist. Um eine Mediumverdunstung weiter zu verringern, kann die Deckplatte 112 ferner als ei- ne Kühleinrichtung aufgebaut sein, indem dieselbe vorzugs- weise aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht, das entweder mit speziellen Kühlelementen, beispielsweise Pel- tier-Elementen, mechanisch in Verbindung ist oder durch strukturierte Kanalführungen mit einer vorgekühlten Flüssig- keit versorgt wird. Alternativ können die Entlüftungsöffnun- gen 114 ferner in einer gewundenen bzw. mäanderförmigen Aus- gestaltung vorgesehen sein, um eine Verdunstung weiter zu reduzieren. Neben den oben beschriebenen Wirkungen einer Verdunstungsreduzierung führt die Deckplatte 112 ferner zu einer mechanischen Stabilisierung des Dosierkopfes, da durch dieselbe durch den Aktor eingeleitete mechanische Kräfte aufgenommen werden.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist in der Zwischenschicht 110 oberhalb der Düsenöffnungen 104 eine Ausnehmung gebildet, die eine Druckkammer 118 definiert. In der Druckkammer 118 ist wiederum das Puffermedium bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel Luft, angeordnet. An dieser Stelle sei ange- merkt, daß die Fluidleitungen 106, die in Bereichen 120 der- selben zu der Druckkammer 118 hin offen sind, vorzugsweise derart ausgestaltet sind, daß eine zu dosierende Flüssigkeit durch Kapillarkräfte in denselben gehalten wird, während Luft dadurch aus den Fluidleitungen gedrängt wird.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Druckerzeugungseinrichtung zum Beaufschlagen des Puffer- mediums mit einem Druck eine Druckluftzuleitung 122, die mit einem Ventil 124 versehen ist, auf. Die Druckluftzuleitung 122 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Befestigungseinrichtung 126, beispielsweise einer Ver- schraubung, an einer Gehäuseplatte 128, die Teil einer Hal- terung 130 sein kann, befestigt. Die Druckluftzuleitung 122 weist einen Bereich 132 mit einem erhöhten Querschnitt auf, der in der Druckkammer 118 endet. Der Bereich mit vergrößer- tem Querschnitt ist durch einen Einsatz 134 definiert. Der Einsatz 134 ist mittels einer Dichtung 136, beispielsweise eines 0-Rings an der Deckplatte 112 angebracht, vorzugsweise indem die Gehäuseplatte 128 als Druckplatte verwendet wird.

Durch den Bereich 132 eines erweiterten Querschnitts kann ein definierter Druck auf die am gegenüberliegenden Ende der Druckkammer angeordneten Düsenöffnungen 104 ausgeübt werden.

In anderen Worten besteht die Druckerzeugungseinrichtung aus einer Zuflußleitung 122, die mit den von den Düsenöffnungen 104 beabstandeten Enden der Flüssigkeitssäulen über ein zwi- schengeschaltetes Ventil 124 in Verbindung steht. Steht die Zuflußleitung 122 bis zum zunächst geschlossenen Ventil 124 unter einem Ausgangsdruck, so führt das Öffnen des Ventils zu einem Zufluß des Puffermediums, bei dem bevorzugten Aus- führungsbeispiel von Luft und erhöht den Druck an den oben- genannten Enden der Flüssigkeitssäulen. Der Druckanstieg en- det mit dem Schließen des Ventils 124. Dabei wird je nach Schaltzeit des Ventils 124 entweder nur ein Teilvolumen der Flüssigkeitssäule oder maximal das gesamte Füllvolumen der Säulen durch die Düsenöffnungen 104 auf ein Zielsubstrat (nicht gezeigt) ausgegeben. Nach dem Schließen des Ventils kann der Druckabbau durch Öffnen eines zusätzlichen Entlüf- tungskanals (in Fig. 6 nicht gezeigt) zeitlich beschleunigt werden.

Zusätzlich ist in Fig. 6 eine untere Deckschicht 138 ge- zeigt, die in der Regel sehr dünn ist, um das Substrat, auf das die Mikrotröpfchen aufgebracht werden sollten, bei der Dosierung möglichst nahe an die Ebene der Düsenöffnungen 104 heranbringen zu können. Die untere Deckschicht, die im Be- reich der Düsenöffnungen 104 eine Ausnehmung enthält, kann zum Halten der Flüssigkeiten in den Fluidleitungen dienen und schützt gleichzeitig die Düsenöffnungen vor Verschmut- zung und Zerstörung.

Die Anbringung der Halterung 130 wird später hierin bezug- nehmend auf Fig. 10 näher erläutert.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine alternative Drucker- zeugungseinrichtung verwendet ist. In Fig. 7 sind solche Elemente, die identisch zu denen in Fig. 6 sind, mit glei- chen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht nochmals getrennt beschrieben.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Druckerzeugungseinrichtung aus einem Stößel 140 und ei- nem demselben wirkungsmäßig zugeordneten Aktor 142. Der Stö- Bel 140 ist über einen elastischen Dichtungsring 136'an der Deckplatte 112 angebracht. Der elastische Dichtungsring 136' dient zur Ausbildung eines nach außen abgeschlossenen Druck- kammervolumens und sorgt bei Betätigung des Stößels 140 durch den Aktor 142 für ein nach oben geschlossenes Druck- kammervolumen der Druckkammer 118. Der Stößel 140 kann mit dem Aktor 142 mechanisch fest verbunden sein oder, wie sche- matisch in Fig. 7 gezeigt ist, keine feste Verbindung auf- weisen. In Fig. 7 ist ferner eine Entlüftungsöffnung 144 in dem Stößel 140 dargestellt, die neben dem gezeigten geradli- nigen Verlauf einen beliebigen, für eine Entlüftung der Druckkammer 118 geeigneten Verlauf aufweisen kann.

Der Stößel 140 kann mittels des Aktors 142 mit hoher Dynamik in Richtung der Düsen 104 gedrückt werden, wodurch sich das Volumen der Druckkammer 118 verringert, so daß das einge- schlossene Puffermedium, bei dem bevorzugten Ausführungsbei- spiel Luft, in der Druckkammer komprimiert wird und der Druck steigt. Dadurch werden Mikrotröpfchen aus den Düsen- öffnungen 104 ausgestoßen. Nach dem Ausstoß der Mikrotröpf- chen wird der ausgelenkte Stößel 140 allein durch die Rück- stellkraft der elastischen Dichtungseinrichtung 136'in sei- ne Ausgangslage zurückgebracht.

Die Druckerzeugungseinrichtung mit Stößel 140, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, hat den Vorteil, daß das Volumen der Druckkammer 118 trotz der durch die Zwischenplatte 110 ver- größerte Kapazität der Flüssigkeitsreservoire 108 sehr klein ausgebildet sein kann. Befindet sich in der Druckkammer 118 ein gasförmiges Puffermedium, so kann beim Druckaufbau durch das kleinere Kammervolumen der kompressible Volumenanteil verringert werden. Bei gleichem zeitlichen Auslenkungsver- halten des Aktors 142 kann daher im Vergleich ein erhöhter Kammerdruck erzeugt werden und somit die Tropfengeschwin- digkeit gesteigert werden.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, können Durchgangslöcher im Dosierkopfsubstrat 102 vorgesehen sein, so daß die Fluid- leitungen 106 wechselnd an der Oberseite oder an der Unters- eite des Dosierkopfsubstrats geführt werden. Ein Durchgangs- loch kann dabei auch direkt unterhalb des Fluidreservoirs angeordnet sein, wie es mit dem Bezugszeichen 146 in Fig. 7 bezeichnet ist. Somit kann hier das zu dosierende Medium auf die Substratunterseite geführt werden.

Obwohl oben Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, bei denen die Düsenöffnungen, die Fluid- leitungen, die Fluidreservoire und die Einrichtungen zum Festlegen einer Flüssigkeitssäule jeweils auf eine bestimmte Weise in einem Dosierkopfsubstrat, vorzugsweise einem Sili- ziumsubstrat, einer Zwischenplatte oder einer Deckplatte an- geordnet sind, ist es für Fachleute offensichtlich, daß die unterschiedlichen Funktionselemente auf jegliche realisier- bare Art und Weise in den unterschiedlichen Schichten ange- ordnet sein können.

Beispielsweise ist in Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei dem die gesamte Medienlogistik, d. h. die Düsenöffnungen, die Fluidleitungen und die Fluidreservoire in einem einzigen Substrat 200 an- geordnet sind, so daß auf jegliche Deckplatte, sowohl obere als auch untere, verzichtet werden kann. In diesem Fall müs- sen die Fluidkanäle 106 eine so hohe Kapillarkraft aufwei- sen, daß die zu dosierenden Flüssigkeiten allein durch diese Kapillarkraft in den Kanälen gehalten werden. Diese Fluid- leitungen 106 sind einerseits mit in dem Substrat 200 be- findlichen Flüssigkeitsreservoiren 202 und andererseits mit in demselben angeordneten Düsenöffnungen 104 verbunden. In Fig. 8 ist, wie auch in den Fig. 6 und 7, oberhalb der Dü- senöffnungen 104 jeweils ein Düsenkanal 204 und eine über demselben angeordnete Standleitung 206 angeordnet, wobei der Düsenkanal 204 und die Standleitung 206 zusammen die Flüs- sigkeitssäule eines zu dosierenden Mediums an jeder Düsen- öffnung festlegen. Alternativ kann es wiederum ausreichend sein, lediglich den Düsenkanal 204 als Einrichtung zum Fest- legen einer Flüssigkeitssäule vorzusehen.

Die Fluidleitungen 106, und insbesondere die Bereiche 106' und 106''derselben, die in der Unterseite bzw. Oberseite des Substrats 200 gebildet sind, weisen solche Tiefen-und Breiten-Abmessungen auf, daß eine in denselben befindliche Flüssigkeit allein durch eine Kapillarwirkung in denselben gehalten wird. Eine ausreichende Kapillarwirkung der Fluid- leitungen 106 kann realisiert werden, indem dieselben mit einer sehr geringen Breite und verhältnismäßig dazu großen Tiefe ausgestaltet werden.

Bei einem solchen Substrat, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, muß, da die Fluidleitungen 106 zur Oberseite bzw. Unterseite hin offen sind, sichergestellt sein, daß der Strömungswider- stand in der Durchgangsöffnung 208 ausreichend größer ist als der Strömungswiderstand der Düsenöffnungen 104, so daß bei der Druckerzeugungseinrichtung sichergestellt ist, daß Mikrotröpfchen lediglich durch die Düsenöffnungen, nicht jedoch durch die Durchgangsöffnung 208 und über die Fluid- leitungen 106 ausgestoßen wird. Somit muß in der Durchgangs- öffnung 208 ein sehr kleiner Strömungswiderstand mit einer sehr hohen Fertigungspräzision ausgebildet werden. Ein Aus- führungsbeispiel, wie eine Durchgangsöffnung 208 mit einer sehr hohen Präzision gefertigt werden kann, wird später hierin bezugnehmend auf Fig. 12 näher beschrieben.

Die in Fig. 8 gezeigte Druckerzeugungseinrichtung weist ebenfalls einen Stößel 140'und einem demselben zugeordneten Aktor 142 auf, wobei der Stößel 140'über einen elastischen Dichtungsring 136'mit dem Substrat 200 in Wirkverbindung ist. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckkammer 118'zum größten Teil durch eine Ausnehmung in dem Stößel 140'gebildet. In dem die Ausnehmung, die die Druckkammer 118'bildet, umgebenden Randbereich 210 weist der Stößel 140'eine umlaufende Rille 212 auf, in der der elastische Dichtungsring 136'angeordnet oder vorzugsweise befestigt ist. Über den Aktor 142 ist nun eine Kraft auf den Stößel 140'ausübbar, so daß durch eine Kompression des ela- stischen Dichtungsrings 136'ein Überdruck in der Druckkam- mer 118'erzeugt werden kann, der einen Ausstoß von Mikro- tröpfchen durch die Düsenöffnungen 104 bewirkt. An dieser Stelle sei angemerkt, daß die Druckkammer 118'nicht voll- ständig durch eine Ausnehmung in dem Stößel 140'gebildet sein muß, sondern ferner optional oder gleichzeitig das Sub- strat 200 strukturiert sein kann, um so zur Erzeugung der Druckkammer beizutragen.

Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 8 gezeigt ist, kön- nen die Druckerzeugungseinrichtung und das Substrat 200 als vollständig voneinander trennbare getrennte Elemente aufge- baut sein, da der Dichtungsring 136'nicht mit dem Substrat verbunden sein muß. Somit ist es möglich, nacheinander eine Mehrzahl von Trägersubstraten in einer Fertigungsreihe nach- einander zuzuführen und somit Mikrotröpfchen auf eine Mehr- zahl von Trägersubstraten aufzubringen. Selbiges gilt in gleicher Weise für das in Fig. 7 dargestellte Ausführungs- beispiel, da auch dort keine feste Verbindung zwischen der Druckerzeugungseinrichtung und dem Dosierkopf vorliegen muß.

Das in Fig. 8 gezeigte Dosierkopfsubstrat 200 kann entweder durch herkömmliche Mikrostrukturierungsverfahren in Silizium gebildet sein, wobei sich die Anordnung jedoch auch insbe- sondere für eine Ausführung in Kunststoff, z. B. durch eine Herstellung mittels einer Prägetechnik, eignet. Da die Fluidleitungen hochkapillar und nach einer Seite offen sind, wird ferner jeder momentan vorhandene Lufteinschluß aus dem Kanal hinausgedrängt. Die offenen Kanäle bieten ferner einen direkten Zugang für die Reingigung des Substrats.

Wie bereits angesprochen wurde, kann die Druckkammer entwe- der zumindest teilweise in das Substrat hineinstrukturiert sein und/oder vollständig oder teilweise in den Kopf des zu- geordneten Aktors abgeformt sein, wie für den Stößel 140' bezugnehmend auf Fig. 8 beschrieben wurde. Bei dieser Aus- führungsform ohne Deckplatten ist es notwendig, daß die Sub- stratdurchführungen der Fluidleitungen bzw. Kanäle einen deutlich größeren Strömungswiderstand als die Düsenkanäle aufweisen, damit beim Auslösen des Druckpulses nur von den Düsenöffnungen Mikrotröpfchen abgegeben werden. Dies kann man einfach dadurch erreichen, indem die Öffnungsweite der Substratdurchführung einen deutlich kleineren Querschnitt aufweist als die Düsenöffnung. Somit ist es bei dem Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Fig. 8 möglich, auf Deckplatten voll- ständig zu verzichten, wobei ein entscheidender Vorteil die- ses Verzichts darin liegt, daß die eventuell bei der Medien- befüllung auftretenden Lufteinschlüsse an jeder Stelle des Substrats durch die Kapillarkräfte herausgedrückt und ent- weichen können. Somit ist die Befüllung wesentlich verein- facht.

Bezugnehmend auf die Fig. 9A und 9B wird nun kurz auf ein Ausführungsbeispiel, wie die Düsen in der Unterseite des Do- sierkopfsubstrats ausgestaltet sein können, eingegangen.

Fig. 9A zeigt eine Unteransicht einer möglichen Düsenstruk- tur, während Fig. 9B schematisch eine Querschnittansicht derselben zeigt. Eine Düsenöffnung 104 ist jeweils von einem Rand 220 umgeben, der bei dem dargestellten Ausführungsbei- spiel von der Unterseite des Dosierkopfsubstrats 222 vor- steht. Wie den Fig. 9A und 9B ferner zu entnehmen ist, ist in der Unterseite 222 des Druckkopfsubstrats eine Graben- struktur 224 gebildet, die eine Düsenöffnung 104, bzw. den Rand 220 derselben, vollständig umgibt. Die Grabenstruktur 224 ist in einem bestimmten Abstand von der Düsenöffnung 104 angeordnet, derart, daß der Graben 224 aufgrund seiner Tie- fenstruktur in der Lage ist, an der Düsenöffnung 104 über- schüssig auftretendes Medium kapillar zu binden. Diese, die Düsen umgebenden, Gräben können auch derart miteinander ver- netzt sein, daß überschüssige Flüssigkeit von dem Düsenbe- reich durch Kapillarkräfte entfernt und in die äußeren Be- reiche des Druckkopfs transportiert wird. Bezugnehmend auf die Fig. 10 wird nun der vergößerte Ab- schnitt a in Fig. 6 näher erläutert, wobei Fig. 10 eine Aus- nehmung 230 im unteren Bereich des Dosierkopfes zu entnehmen ist, über die die Halterung 130 an dem Dosierkopf befestig- bar ist. Wie in Fig. 10 zu sehen ist, ist bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel diese Ausnehmung, die umlaufend oder ab- schnittsweise in dem Dosierkopf gebildet ist, dadurch rea- lisiert, daß die Zwischenschicht 110 über das Dosierkopf- substrat 102 und die untere Deckschicht 138 vorsteht. Somit ist an der Unterseite 232 der Zwischenschicht 110 eine Auf- lagefläche gebildet, die auf der Halterung 130 derart auf- liegt, daß die Ebene der Düsenöffnungen, in Fig. 10 nicht gezeigt, möglichst nahe an ein darunter befindliches Träger- substrat, auf das Mikrotröpfchen aufgebracht werden sollen, herangebracht werden kann. Das Trägersubstrat kann dadurch mit einem sehr kleinen Abstand zu den Düsenöffnungen, ohne jedoch dieselben zu berühren, unter dem Dosierkopf frei be- wegt werden. Die Halterung 130 kann ferner ausgestaltet sein, um eine Mehrzahl von Dosierköpfen zu halten, so daß jeweils der Dosierkopf, mit dem gerade dosiert werden soll, unter einen Aktor geführt werden kann, indem lediglich die Halterung gehandhabt wird. Ferner kann die Halterung derart ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig als Einsatzvorrich- tung für eine Anlage zum Mediumübertrag von einer Bevorra- tungseinrichtung, beispielsweise einer Titerplatte, zu den Flüssigkeitsreservoiren der in die Halterung eingelegten Do- sierköpfe dienen kann. Das Befüllen des Dosierkopfes sowie das Einbringen des befüllten Dosierkopfes in die Druckerzeu- gungseinrichtung reduziert sich daher auf die alleinige Handhabung der Halterung.

Biologische Flüssigkeiten werden in der Regel durch Pipet- tiersysteme von einem Ausgangsformat, beispielsweise dem einer Titerplatte, zum Zielort übertragen. Das zu dosierende Medium, bzw. die zu dosierende Flüssigkeit 240, ist dabei in einer Kapillare 242 gespeichert. Es ist daher vorteilhaft, die Flüssigkeitsreservoire 108 eines Dosierkopfes, wobei in Fig. 11 ein Abschnitt eines solchen exemplarisch mit dem Be- zugszeichen 244 bezeichnet ist, mit kapillaren Zwischenste- gen 246 zu versehen. Damit Flüssigkeit in der Kapillare 242 gespeichert wird, muß die Kapillare hydrophil sein. Wenn dieselbe hydrophil ist, wölbt sich der Fluid-Meniskus 248 am Ende der Kapillare 242 nach außen, so daß die kapillaren Zwischenstege beim Aufsetzen der Pipettierkapillare 242 die Oberfläche des gespeicherten Dosiermediums 240 zerstören.

Ein Vorstehen der kapillaren Zwischenstege über die Oberflä- che des Substrats des Doserkopfs 244 ist daher nicht erfor- derlich. Somit wird die Oberflächenspannung überwunden und das Medium 240 wird in die kapillar wirkende Reservoirstruk- tur 246 hineingezogen. Wird insbesondere mit einem mehrkana- ligem System gearbeitet, beispielsweise mit einem Nadelarray von 96 Pipettierkapillaren, so können auf die beschriebene Weise alle Reservoire des Druckkopfes gleichzeitig kapillar befüllt werden.

Abschließend wird nun bezugnehmend auf Fig. 12 ein bevorzug- tes Verfahren, das zur Herstellung einer Substratdurchfüh- rung, wie sie die oben beschriebenen Dosierköpfe der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung aufweisen, verwendet werden kann, beschrieben. In Fig. 12 ist schematisch ein Abschnitt eines Substrats 250 gezeigt, in dessen oberer Oberfläche 252 ein erster Graben 254 erzeugt wird, und in dessen unterer Ober- fläche 256 ein zweiter Graben 258 erzeugt wird. Die Gräben 254 und 258 schneiden sich unter einem definierten Winkel.

Die Tiefe der Gräben 254 und 258 ist derart gewählt, daß im Überschneidungsbereich eine Substratdurchführung 260 ent- steht, deren Öffnungsweite im wesentlichen durch die Breite der engen Kanäle 254 und 258 sowie den Schnittwinkel der Ka- näle 254 und 258 definiert ist. Somit können durch das be- schriebene Verfahren vorteilhaft Substratdurchführungen mit einer geringen, definierten Öffnungsweite hergestellt wer- den. Der Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, daß man nur in einer Dimension eine kleine Struktur herstellen muß, nämlich einen engen tiefen Kanal. Durch das Erzeugen zweier derartiger Kanäle, deren Tiefen addiert größer sein müssen als die Substratdicke, ergibt sich eine Substrat- durchführung 260 mit einer in zwei Dimensionen kleinen, de- finierten Öffnungsweite. Dieses Verfahren zur Herstellung einer kleinen Substratdurchführung besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß sie tolerant gegenüber Justagefehlern der Strukturen auf Substratvorderseite und Substratrückseite ist. Eine geringe Fehljustage der beiden Strukturen bewirkt lediglich eine lokale Verschiebung der Substratdurchführung, nicht jedoch eine Änderung der Öffnungsweite.

Das oben beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Substratdurchführungen in Siliziumsubstraten mittels herkömmlicher photolithografischer Strukturierungs- techniken. Alternativ können jedoch auch Substratdurchfüh- rungen in Substraten aus anderen Materialien, beispielsweise Kunststoffen, Keramiken und dergleichen, mittels beliebiger geeigneter Verfahren zum Erzeugen von Gräben implementiert werden.

Obwohl bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungs- beispiel der vorliegenden Erfindung der Abschnitt des Do- sierkopfs, in dem die Düsenöffnungen gebildet sind, mikrome- chanisch in einem Siliziumsubstrat gebildet ist, ist es für Fachleute klar, daß der Dosierkopf, d. h. sowohl das Dosier- kopfsubstrat als auch die verschiedenen Zwischenschichten und Deckschichten aus anderen geeigneten Materialen unter Verwendung geeigneter Herstellungstechniken gebildet sein können. Beispielsweise kann das Substrat unter Verwendung einer Spritzgußtechnik oder einer Prägetechnik aus einem Kunststoff oder einer Keramik gebildet sein. Wiederum alter- nativ kann das Substrat aus einem Metall, einem Glas oder einer Glas-Siliziumstruktur bestehen. Die Deck-und Zwi- schenschichten können vorteilhafterweise aus einem durch- sichtigen Glas, beispielsweise einem Pyrexglas, bestehen.