Gute Führung für den Biochip

Mit einem patentierten Verfahren wird in der Molekular-biologie die Inkjet-Technik für das Handling von Flüssig-keiten eingesetzt. Die hohen Ansprüche an die linearen Verfahrachsen in diesem sensiblen Umfeld erfüllen Linearführungen mit Kugelkette von THK.

Die schottische Arrayjet Limited mit Sitz in der Nähe von Edinburgh hat in fünfjähriger Entwicklungszeit ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung von Microarrays mit Hilfe von Tintenstrahl-Druckköpfen ermöglicht. Im Dezember 2005 wurde dem Unternehmen ein europäisches Patent für dieses Verfahren erteilt, das bereits in zwei Baureihen für die Herstellung von Microarrays praktische Anwendung findet.

Ein Microarray besteht aus einem Glasträger, ähnlich einem Objektträger aus der Mikroskopie, auf den eine Vielzahl kleinster Punkte (Spots) in einer Matrix aufgebracht sind. Da diese Spots Geninformationen enthalten können, werden Microarrays auch häufig als DNA- oder Biochips bezeichnet, die sich beispielsweise zum Nachweis bestimmter Krankheiten und in der Krebsforschung einsetzen lassen.

Zum Herstellen dieser Microarrays wird zunächst die Probenflüssigkeit über einen Adapter in den Druckkopf gebracht. Die Proben liegen meist in sogenannten 96er- Mikrotiterplatten vor, rechteckigen Platten mit 8 x 12 Kapillaren. Anschließend verfährt der Druckkopf auf Linearführungen des Herstellers THK zum Werkstückträger, um dort mit dem Dosieren der Flüssigkeit zu beginnen. Hierzu verwendet Arrayjet Druckköpfe der Firma Xaar aus Cambridge. Diese piezo-elektrischen Module eignen sich für die Herstellung von Microarrays, da die Probenflüssigkeit beim Druckvorgang im Gegensatz zu anderen Verfahren nicht erhitzt wird. Das Tropfenvolumen beträgt hierbei lediglich 100 Picoliter, so dass auf dem Trägermaterial hochdichte Matrizen mit Spots von nur 0,1 mm Durchmesser erzeugt werden können. Auf einem Träger mit den Abmessungen von 3“ x 1“, also einer Fläche von knapp 20 cm², können über 40 000 Einzelpunkte erzeugt werden. Für den gesamten Aufbau des Arrayjet sind zuverlässige und hochpräzise Komponenten gefordert. Der Konstruktionsleiter von Arrayjet, Cameron Kennedy, bezeichnet die Systemgenauigkeit als kritischen Punkt, sowohl bei der Platzierung der Proben als auch bei der nachfolgenden Informationsverarbeitung: „Wir wollten eine Genauigkeit von plus/minus fünf Mikrometer oder besser erreichen. Das würde eine ausreichend hohe Dichte der Tropfen ermöglichen und die exakte, nachvollziehbare Lokalisierung jeder einzelnen Probe gewährleisten.“ Für Arrayjet stellen die THK-Führungen ein zentrales Element dar. Cameron Kennedy bestätigt: „Die Lineartechnik ist für uns absolut entscheidend, alles andere basiert auf diesen wichtigen Maschinenelementen.“ Insgesamt sind sechs Linearführungen der Baureihe SHS, zwei der Baureihe SRS sowie einige Kugelgewindetriebe in jeder Maschine verbaut. Mit diesen Komponenten wird der Druckkopf zur Aufnahme der Proben über die Platten bewegt und anschließend zum Positionieren der Tropfen auf die Träger verfahren.

Bei der Auswahl geeigneter Linearführungen standen die Faktoren Dauergenauigkeit und Zuverlässigkeit im Vordergrund. Außerdem sollte die eingesetzte Technik während der Gebrauchsdauer der Maschine keine Wartung erfordern. Das von Arrayjet gestellte Anforderungsprofil erfüllten die Führungen mit Kugelkette von THK. Der gleichmäßige Abstand zwischen den Kugeln und die Schmierstofftaschen in den Zwischenräumen erzeugen eine Reihe von signifikanten Vorteilen gegenüber konventionellen Linearführungen ohne Kette. Hierzu gehören der erheblich reduzierte Geräuschpegel, eine deutliche Erhöhung der maximalen Verfahrgeschwindigkeiten sowie eine längere Lebensdauer. Weiterhin können die Wartungsintervalle verlängert werden – je nach Rahmenbedingungen der Anwendung bis hin zur wartungsfreien Maschine.

Mittlerweile findet sich im Produktportfolio von Arrayjet neben den Spottern als Zubehör auch ein automatisches Wechselmagazin. Damit wird ein längerfristiger vollautomatischer Betrieb in größeren Laboren ermöglicht. Dieser zusätzliche Speicher erhöht die Verarbeitungskapazität von sechs Platten auf 48, sowohl für die Größe mit 96 oder 384 Kapillaren. Diese Neuentwicklung ist für bestehende Maschinen der Baureihe Aj100 nachrüstbar und Option bei der neuen Baureihe Aj120.

Marcus Mensel THK, Ratingen