專利名稱：流體傳送裝置的制作方法
流體傳送裝置
背景技術(shù)：
高產(chǎn)量研究應(yīng)用常常利用自動(dòng)液體處理手段或技術(shù)來(lái)將非常少或極小容積(或 稱體積)的流體從一個(gè)源傳送到另一目的地。這種傳送通常需要非常高的精確度，這種精 確度受到了可用技術(shù)的限制。通常，傳送精確的極小容積濃縮流體需要將流體稀釋成較低 濃度以及相應(yīng)地稀釋成較大容積，稀釋后的較低濃度和較大容積可能足以在現(xiàn)有樣品傳送 技術(shù)的限制下更加可管理和/或可行。


在參考下面的詳細(xì)描述和附圖后，本公開(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于相似(盡管可能未必完全相同)的部件。對(duì)于 那些前面已描述了功能的附圖標(biāo)記，可能還會(huì)結(jié)合其中出現(xiàn)了該附圖標(biāo)記的其他附圖對(duì)其 進(jìn)行描述，或者也可能不再進(jìn)行描述。圖IA是流體傳送裝置和流體傳送系統(tǒng)的實(shí)施例的半示意性(semi-schematic)透 視圖；圖IB是圖IA所示流體傳送裝置實(shí)施例的管芯(die)的放大視圖；圖2A是流體傳送裝置實(shí)施例沿圖IA的線2-2獲得的截面剖切圖，其中該裝置充 注有樣品流體，而且黑線表示樣品流體在噴射時(shí)的流動(dòng)；圖2B是流體傳送裝置實(shí)施例的截面剖切圖，該實(shí)施例包括兩個(gè)流體上分離的槽；圖3是流體傳送裝置另一實(shí)施例的透射剖切圖；圖4是流體傳送裝置實(shí)施例沿圖3的線4-4獲得的截面剖切圖，其中該裝置充注 有樣品流體，而且黑線表示樣品流體在噴射時(shí)的流動(dòng)；圖5是流體傳送系統(tǒng)的半示意性透視圖，該流體傳送系統(tǒng)包括可操作地連接到驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的多個(gè)流體傳送裝置，每個(gè)裝置均包括具有第二流體槽的構(gòu)件；和圖6是利用圖IA的流體傳送裝置來(lái)傳送流體的方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式本文公開的流體傳送裝置實(shí)施例有利地用于將非常精確的和極小容積的流體樣 品從一個(gè)源傳送到另一目的地。需要高性能樣品傳送方法的珍貴流體包括，例如二甲基亞 砜(DMSO)中的候選藥品化合物、水性細(xì)胞裂解液(aqueous cell lycates)、提取出的或放 大的DNA、血液成分等等。申請(qǐng)人認(rèn)為，流體傳送裝置的實(shí)施例可被構(gòu)造成便于在每次使用 時(shí)進(jìn)行單次或多次傳送、實(shí)現(xiàn)受控的輸送速率和容積、和/或減少浪費(fèi)。這些優(yōu)點(diǎn)至少部分 得益于所包括的管芯(也稱為芯片)，該管芯被構(gòu)造成對(duì)樣品流體進(jìn)行芯吸并且通過毛細(xì) 力維持樣品流體。管芯的尺寸被有利地構(gòu)造成浸沒在充有流體的井板內(nèi)。小的管芯包括小 尺寸的流體槽，該流體槽被認(rèn)為最小化了裝載容積(從而最小化了死區(qū)容積，dead volume) 并且使得能夠產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的毛細(xì)壓力以充分驅(qū)動(dòng)芯吸過程(wicking process) 0申請(qǐng)人還進(jìn) 一步認(rèn)為小的管芯尺寸結(jié)合相對(duì)開放的流體槽，充分地簡(jiǎn)化了芯吸過程和清潔過程，而且充分地減少浪費(fèi)。這種管芯結(jié)合噴墨分配技術(shù)使得能夠以受控方式將管芯內(nèi)預(yù)定容積的流體分配 到期望的流體目的地。這種結(jié)合方式被認(rèn)為使得能夠進(jìn)行極小容積流體的這種精確且受控 的傳送，而不會(huì)產(chǎn)生數(shù)量過大的廢容積。這種結(jié)合方式還被進(jìn)一步認(rèn)為使得能夠在不使用 傳統(tǒng)的機(jī)械致動(dòng)工藝(如移液管)的情況下完成芯吸和分配，從而減小了流體污染的可能 性。本文公開的流體分配裝置還可有利地在單次流體傳送或多次流體傳送之后被清 潔和重用。例如，當(dāng)希望傳送不同的流體時(shí)，則可能希望在單次流體傳送后清潔該裝置。如本文所定義的，術(shù)語(yǔ)“非常小的容積”和“極小容積”兩者均指的是從約1皮升 (PL)或若干分之一皮升到約10微升(PL)流體的容積范圍，而在一些實(shí)施例中，可到高達(dá) 約50yL流體的容積范圍。在非限制性示例中，芯吸的容積范圍從約50nL到數(shù)yL，而分配 的容積范圍從IpL到數(shù)μ L。在另一個(gè)非限制性示例中，分配的流體滴的獨(dú)立容積范圍從約 IpL 到約 300pL。一般而言，所傳送的容積可小至從單一噴嘴噴射的單一流體滴， 或者可包括從流 體傳送裝置內(nèi)一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴射的限定數(shù)量的流體滴。所傳送的流體可包括數(shù)千計(jì)的流 體滴，至數(shù)十萬(wàn)計(jì)的流體滴，乃至高達(dá)數(shù)百萬(wàn)計(jì)的流體滴，這樣，流體量的范圍是數(shù)字式的， 并且接近于連續(xù)覆蓋至少六個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，流體傳送裝置內(nèi)的初始 芯吸容積限制了所傳送的最大容積。然而，還應(yīng)當(dāng)理解的是，通過應(yīng)用多個(gè)充注和分配循環(huán) 可獲得更大的傳送容積。獨(dú)立的流體滴容積主要由流體噴射器裝置(如噴墨電阻)的尺寸、噴射室尺寸、噴 嘴以及流體通道來(lái)決定。流體滴噴射物的能量設(shè)置和流體性質(zhì)也可影響流體滴容積。例 如，乙醇溶液的流體滴重量趨向于是水性溶液流體滴重量的約60%，而兩者都是高度可再 現(xiàn)的，這至少部分地是由于高度可再現(xiàn)的噴射活動(dòng)和對(duì)多次噴射活動(dòng)的進(jìn)一步平均獲得的 成效。本文公開的流體傳送裝置的操作可包括進(jìn)行校準(zhǔn)以確定流體在固定能量設(shè)置下 的流體滴重量。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過重量分析法來(lái)確定平均流體滴重量，即將設(shè)定數(shù)量 的流體滴噴射到收集盤內(nèi)并且測(cè)量盤內(nèi)增加物質(zhì)的重量。也可通過比色法利用傳送溶液中 染料的已知濃度來(lái)確定流體滴重量。將設(shè)定數(shù)量的流體滴噴射到具有容積已知的水或其他 溶劑的流體樣品內(nèi)。例如通過紫外和可見光吸收來(lái)光學(xué)地測(cè)量(一種或多種)流體樣品內(nèi) 的染料濃度，以確定稀釋因子，進(jìn)而確定平均流體滴重量?？紤]染料在溶劑中的可溶性、染料的色彩強(qiáng)度以及其他任意合適因素來(lái)選擇添加 到流體內(nèi)用于流體滴重量校準(zhǔn)的染料量。典型的染料量范圍從流體的約0. (重量百 分比)到約IOwt%，而在一個(gè)實(shí)施例中，從約0. Iwt%到約5wt%。相比黑色染料而言，可 能更希望使用彩色染料，但是應(yīng)該理解的，也可利用合適的噴墨墨水染料。合適染料的非限 制性示例包括 Direct Blue 199 (可從 Avecia as Projet CyanSpecial 獲得)、Acid Blue 9 ；Direct Red 9> Direct Red 227> Magenta 377(CH-1700 Fribourg, Rue de I’ Industrie 的 llford AG 獲得)、Acid Yellow 23、Direct Yellow 132、Direct Yellow 86,Yellow 104(IlfordAG),Direct Yellow 4(BASF)、YeIlow PJY H-3RNA(Avecia),Direct Yellow 50(Avecia)、Direct Blue 199、Magenta 377 或 IlfordYellow 104。
應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“連接/被連接/連接到”在本文中廣義地定義成包括各種 不同的連接布置結(jié)構(gòu)和裝配技術(shù)。這些布置結(jié)構(gòu)和技術(shù)包括但不限于1)在一個(gè)部件和另 一個(gè)部件之間的直接連接，兩個(gè)部件之間沒有中間部件；和2) —個(gè)部件和另一個(gè)部件的連 接，但這兩個(gè)部件之間具有一個(gè)或多個(gè)部件，如果說(shuō)一個(gè)部件“連接到”另一個(gè)部件，那么這 指的是該部件在某種程度上可操作地連接到該另一個(gè)部件(盡管這兩個(gè)部件之間存在一 個(gè)或多個(gè)額外的部件)。現(xiàn)在一并參見圖1A、圖IB和圖2A，其中示出了流體傳送系統(tǒng)20的實(shí)施例(圖1A)， 該實(shí)施例包括流體傳送裝置10 (圖1A)及其管芯12 (圖IB和圖2A)。非常一般性地，如圖 IB和圖2A更加清楚地示出的，流體傳送裝置10包括具有第一和第二相對(duì)表面22、24，限定 在第一相對(duì)表面22內(nèi)的至少一個(gè)噴嘴26，以及限定在第二相對(duì)表面24內(nèi)的流體槽28。如圖2A所示，管芯12可包括兩個(gè)部分12’、12”，其中一個(gè)部分12’形成了第一相 對(duì)表面22，另一個(gè)部分12”形成了第二相對(duì)表面。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯12的部分12”由 玻璃或硅基材料制成，和/或由任何其他合適的材料制成，即該材料能夠浸沒在流體中而 不由此產(chǎn)生不期望程度的侵蝕、溶脹、破裂/破碎、分層剝離和/或缺損。管芯12的部分 12’由聚合物形成，其附接到部分12”。管芯12可形成(例如通過鋸切、劃刻、劈割和/或微加工技術(shù))為任何期望的構(gòu) 造(即尺寸和/或形狀)，即該構(gòu)造使得管芯12能夠通過與流體接觸或者通過部分地或完 全地浸沒到流體源(例如井板)中而裝載流體。用于裝載管芯12的其他合適的方法包括 使用移液管、吸管、針或攪拌棒(puddle)來(lái)使流體在合適的裝載位置處接觸管芯12。雖然可使用任意合適的流體源，不過流體源井板的非限制性示例包括具有約6mm 井直徑的96井板、具有約4mm井直徑的384井板、具有約2mm(I. D.，內(nèi)直徑)井內(nèi)直徑的 1536井板或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯12的部分12”具有三維上均是矩形的幾何構(gòu) 形，其長(zhǎng)度范圍從約0. 5mm到約4mm，寬度(未示出)范圍從約0. 3mm到約4mm，高度H的范 圍從約0. 3mm到約2mm。管芯12的另一個(gè)部分12，的厚度范圍從約10 μ m到約60 μ m。應(yīng) 當(dāng)理解，管芯12可構(gòu)造成更大或更小，這至少部分地取決于與流體傳送裝置10—起使用的 流體源位置。如前面所指出的，圖IB和圖2A示出了管芯12，該管芯12包括第一和第二相對(duì)表 面22、24，至少一個(gè)噴嘴26形成或以其他方式限定在第一相對(duì)表面22內(nèi)，流體槽28形成或 以其他方式限定在第二相對(duì)表面24內(nèi)。在非限制性示例中，(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26和流 體槽28通過例如微加工或其他合適的薄膜沉積技術(shù)形成在管芯12內(nèi)。雖然圖2A示出了兩個(gè)噴嘴26，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可在管芯12內(nèi)形成任意數(shù)量的噴 嘴26。在一個(gè)實(shí)施例中，形成在管芯12內(nèi)的噴嘴數(shù)量范圍從約2個(gè)到約100個(gè)。作為非限 制性示例，每個(gè)噴嘴26的直徑范圍從約5 μ m到約100 μ m。在一個(gè)實(shí)施例中，流體槽28包括限定在第二相對(duì)表面24內(nèi)的入口 30以及位于或 定位在流體槽28端部的出口 32，出口 32與入30大致相對(duì)，使得出口 32與(一個(gè)或多個(gè)) 噴嘴26 (其形成在第一相對(duì)表面22內(nèi))流體連通。如圖2A所示，流體槽28可包括多于一 個(gè)的出口 32。應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)出口 32與至少一個(gè)噴嘴26流體連通。流體槽28是大致漸縮的(或稱呈錐形的)，使得入口 30的寬度大于流體槽28相 對(duì)端部的寬度(如圖2A、圖2B和圖4所示)。一般性地，流體槽28的各種寬度范圍從約100 μ m 至Ij約 600 μ m。當(dāng)管芯12至少部分地與流體樣品接觸或者至少部分地浸沒在流體樣品中時(shí)，噴 嘴26和入口 30使得流體樣品能夠被芯吸入流體槽28中。出口 32使得流體槽28內(nèi)的流 體樣品能夠傳送到噴嘴26，流體樣品從噴嘴26分配或以其他方式噴射。應(yīng)當(dāng)理解，流體樣 品芯吸進(jìn)入流體槽28時(shí)是通過毛細(xì)作用完成的，即由于分子間附著力和分子間凝聚力以 及表面張力完成的，流體樣品基本上自動(dòng)地經(jīng)過入口 30并經(jīng)過(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26運(yùn) 動(dòng)到流體槽28內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，流體樣品芯吸的完成基本上不需要任何外部背壓。在一個(gè)實(shí)施例中，流體噴射裝置10浸沒到流體內(nèi)，使得(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26首 先與流體接觸。如果槽28在完成充注前被浸沒，則流體噴射裝置10將有可能從(一個(gè)或 多個(gè))噴嘴26和流體槽28兩者中進(jìn)行充注。然而，考慮到槽28的錐形形狀，毛細(xì)力被認(rèn) 為在越窄的部分會(huì)越強(qiáng)，從而使得氣泡將自然地且更容易地從槽28的入口 30排出。毛細(xì)壓力的公式為<formula>formula see original document page 7</formula>其中，Y是流體的表面張力，θ是流體與固體的接觸角，r是毛細(xì)半徑。流體的充 注趨向于在較小尺寸的特征中具有較大的力。這樣，噴嘴26充注的流體和空氣趨向于經(jīng)由 入口 30從槽28向外移。噴嘴26和入口 30的不同充注速率以及排出空氣的能力被認(rèn)為基 本消除了槽28中捕獲的空氣。為了確保氣泡的排出，有利的是將流體傳送裝置10以這樣 的取向浸入，即使噴嘴26在入口 30與流體接觸之前與流體接觸。公式(1)還示出了使接觸角小于90度以完成流體充注是本發(fā)明所期望的。在一 些情況下(例如，當(dāng)使用水性溶液時(shí))，這不需要附加處理即可實(shí)現(xiàn)。然而，在其他情況下， 可通過向流體添加表面活性劑或者通過經(jīng)由等離子處理或一些其他表面處理來(lái)改變管芯 12的表面，從而實(shí)現(xiàn)期望的潤(rùn)濕度。因此，本文公開的流體傳送裝置10的使用者能夠通過下面的方式用流體樣品充 注流體槽28，即使管芯12至少部分地接觸流體源或?qū)⒐苄?2至少部分地浸沒到流體源 中，從而允許毛細(xì)作用將流體吸入。圖IB和圖2A均示出了其內(nèi)具有芯吸流體的流體傳送裝置10。兩幅圖中均示出了 鄰近入口 30的彎月面M，圖2A中示出了鄰近每個(gè)噴嘴26的彎月面M’。毛細(xì)作用還使流體樣品保持在流體槽28內(nèi)直到通過控制裝置(下面將進(jìn)一步描 述)來(lái)致動(dòng)所述裝置10。在一個(gè)實(shí)施例中，流體槽28能夠保持或小于IOOnL或者多至或大 于10 μ L的流體容積，然而應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)榱黧w的充注至少部分地取決于毛細(xì)上升，所以對(duì) 于給定的幾何形狀，充注容積可能是有限度的。例如，通過下述方式可實(shí)現(xiàn)大于該限度的容 積通過傾斜流體槽28使得毛細(xì)上升高度變小，通過延長(zhǎng)流體槽28 (參見圖3和圖4)，通過 包括多個(gè)較小的流體槽28 (參見圖2Β)，或者通過增大接觸表面積并用泡沫劑或其他結(jié)構(gòu) 的材料(未示出)基本上充滿容積。還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，雖然流體槽28可保持住預(yù)定 的流體容積，但可從裝置10分配等于或小于該預(yù)定流體容積的任何期望流體容積。在非限 制性示例中，流體槽28可保持住約1 μ L流體，但是能夠可控地分配例如約InL和/或IpL 的小流體滴。在一個(gè)實(shí)施例中，為了分配期望的容積，流體槽28裝載有多于期望容積的容 積(多至裝載極限)，這使得一些極小量的容積可能滯留在裝置10內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，如果需 要，也可分配許多小流體滴，從而輸送這些小流體滴容積之和的液體量。
控制裝置一般包括流體噴射裝置34，該流體噴射裝置34經(jīng)由電互連器14可操作 地連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般而言，流體噴射器34響應(yīng)于來(lái)自驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電指令，控制分配到 流體目的地(未示出)內(nèi)或分配到流體目的地上的流體容積。圖2A示出了集成在管芯12內(nèi)的兩個(gè)流體噴射裝置34。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)流 體噴射裝置34均與流體槽28的一個(gè)出口 32以及與一個(gè)噴嘴26流體連通。如圖2A所示， 各自的流體噴射裝置34定位成與各自的噴嘴26相對(duì)，以便有助于從各自的(一個(gè)或多個(gè)) 噴嘴26噴射流體樣品。在非限制性示例中，管芯12包括單一流體槽28、多個(gè)噴嘴26以及 與單一流體槽28流體連通的各自關(guān)聯(lián)的流體噴射裝置34。在一個(gè)實(shí)施例中，(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝置34是噴墨分配器。(一個(gè)或多 個(gè))流體噴射裝置34可以是按需滴落式(DOD，drop-on-demand)分配器，例如熱噴墨分配 器(即薄膜電阻)或壓電噴墨分配器(即壓電膜)。如前所述，流體噴射裝置34可操作地連接到電互連器構(gòu)件14，而電互連器構(gòu)件14 最終電連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖IA所示，多個(gè)電插針16可將互連器構(gòu)件14連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) (未示出)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)20內(nèi)的所有電子器件(或稱電子裝置)并且按次序和/或 同時(shí)致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)流體噴射裝置34。互連器構(gòu)件14可電連接到結(jié)合墊48，結(jié)合墊48可 操作地集成在管芯的部分12’內(nèi)。(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝置34也經(jīng)由在管芯部分12’、 12”之間延伸的導(dǎo)電跡線電連接到結(jié)合墊48。應(yīng)當(dāng)理解，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可永久性地或可去除地 附接到流體傳送裝置10。
圖2B中示出了流體傳送裝置10”的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，管芯12內(nèi)形 成有多個(gè)流體槽28。每個(gè)流體槽28具有各自的入口 30和出口 32，并且與各自(一個(gè)或多 個(gè))噴嘴26和(一個(gè)或多個(gè))噴射裝置34關(guān)聯(lián)。如圖所示，槽28(以及與其關(guān)聯(lián)的部件) 是流體上分離的，這使得能夠進(jìn)行獨(dú)立的裝載和獨(dú)立的分配。圖3和圖4示出了流體傳送裝置10’的又一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，通過將構(gòu) 件36可操作地連接到管芯12而使流體槽28的容積擴(kuò)大。構(gòu)件36包括主體部分40，該主 體部分40限定了流體槽38并且附接到管芯12。可利用任意合適的附接機(jī)構(gòu)，包括圖4所 示的粘合劑50。在一個(gè)實(shí)施例中，主體40的長(zhǎng)度定位成鄰近于互連器構(gòu)件14的一部分。 應(yīng)當(dāng)理解，構(gòu)件36可由任意合適的材料制成，這些材料的一個(gè)非限制性示例是模制聚合材 料，例如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚烯烴、丙烯酸酯或其組合。構(gòu)件36的主體40限定了流體槽38。構(gòu)件流體槽38可被構(gòu)造成將流體槽28的 容積擴(kuò)大到高達(dá)若干μ L。在非限制性示例中，構(gòu)件流體槽38將流體槽28的容積擴(kuò)大到 約IOOnL到約10 μ L范圍中的任何容積。一般地，構(gòu)件36可被置于管芯12的第一相對(duì)表 面22上，使得構(gòu)件流體槽38的至少一部分與管芯流體槽28基本對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中， 構(gòu)件流體槽38與流體槽28直接對(duì)準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)理解，構(gòu)件流體槽38也可構(gòu)造成具有其他幾何形狀。在一個(gè)非限制性示例 (未示出)中，構(gòu)件流體槽38在直接鄰近于管芯流體槽28的區(qū)域與管芯流體槽28基本對(duì) 準(zhǔn)，然后構(gòu)件流體槽38分支成或分裂成多個(gè)流體臂，每個(gè)流體臂均接收樣品流體。這些流 體臂被認(rèn)為通過增大接觸表面積和減小毛細(xì)上升而增大了毛細(xì)容積。在另一個(gè)非限制性示 例(未示出)中，構(gòu)件流體槽38的長(zhǎng)度延伸超過管芯流體槽28的長(zhǎng)度L，從而增大了毛細(xì) 容積。
構(gòu)件流體槽38與流體槽28執(zhí)行基本相同的功能，即在至少部分地暴露于流體源 的情況下從流體源芯吸流體。將流體芯吸入構(gòu)件流體槽38中以及將流體芯吸入管芯流體 槽38中一起使得流體傳送裝置10’能夠獲得和保持住顯著較高容積的流體(相比于單獨(dú) 使用流體槽28)。由于兩個(gè)槽28、38相比單獨(dú)的流體槽28可存儲(chǔ)更多的流體，所以應(yīng)當(dāng)理 解的是，如果需要，可以分配更大容積的流體。在非限制性示例中，流體槽28、38的組合可 使得能夠?qū)⑷舾晌⑸?PL)芯吸入槽28、38，這樣，即可分配的容積范圍低至約lpL，高至槽 28、38的全部容積。圖3和圖4均示出了其內(nèi)具有芯吸流體的流體傳送裝置10’。兩幅圖中均示出了 構(gòu)件流體槽38內(nèi)的彎月面M，圖4中示出了鄰近每個(gè)噴嘴26的彎月面M’。應(yīng)當(dāng)理解，圖2B所示流體傳送裝置10”的實(shí)施例也可包括構(gòu)件流體槽38。在該實(shí) 施例中，多個(gè)流體槽28中的每一個(gè)均可具有與其關(guān)聯(lián)的構(gòu)件流體槽38。構(gòu)件流體槽38可 構(gòu)造成類似于圖3和圖4所示的實(shí)施例，從而使得每個(gè)構(gòu)件流體槽38基本豎直地延長(zhǎng)各自 一個(gè)管芯流體槽28 (即，構(gòu)件流體槽38的內(nèi)壁基本上垂直于管芯第二相對(duì)表面24)。在另 一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)件流體槽38與管芯流體槽28基本對(duì)準(zhǔn)，但每個(gè)構(gòu)件流體槽38的內(nèi)壁相 對(duì)于管芯第二相對(duì)表面24成角度(是傾斜的)。從噴嘴26分配了流體后，廢棄的流體容積將由槽彎月面M朝向噴嘴彎月面M’的 運(yùn)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償。在噴嘴26的位置處，彎月面M’被很高的毛細(xì)壓力壓住，相反，至少部分地由 于較大的尺寸、適度的錐形部和相應(yīng)較低的毛細(xì)壓力，使得槽彎月面M是可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。圖5半示意性地示出了流體傳送系統(tǒng)20’的又一個(gè)實(shí)施例。流體傳送系統(tǒng)20的 該實(shí)施例包括多個(gè)獨(dú)立的流體傳送裝置10’，每個(gè)流體傳送裝置10’均連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如 前所述，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可操作地控制每個(gè)流體傳送裝置10、10’、10”的(一個(gè)或多個(gè))流體噴射 裝置34，使得每個(gè)獨(dú)立的流體傳送裝置10、10’、10”預(yù)定容積的流體樣品可被分配到一個(gè) 或多個(gè)流體目的地中或一個(gè)或多個(gè)流體目的地上。在該實(shí)施例中，可對(duì)單次輸送過程中一份或多份流體樣品的傳送進(jìn)行控制。這樣， 可在系統(tǒng)20’內(nèi)使用任意數(shù)量的流體傳送裝置10、10’、10”。應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)流體傳送裝置 10、10’、10”也可被獨(dú)立地電尋址(經(jīng)由電子控制器件，即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、互連器14、流體噴射器 裝置34等)以將基本相同容積的流體或不同容積的流體分配到相同或不同的流體目的地 中流體目的地上。還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，每個(gè)流體傳送裝置10、10’、10”可構(gòu)造成芯吸并 保持住基本相同的容積或不同的容積。圖6示出了利用裝置10、10’、10”和/或系統(tǒng)20、20’的實(shí)施例來(lái)傳送流體的方法。 該方法包括使流體入口 30暴露于流體，由此使得流體通過毛細(xì)力芯吸入流體槽28內(nèi)(方 框42)；將(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26定位成鄰近流體目的地(方框44)；以及致動(dòng)(一個(gè)或多 個(gè))流體噴射裝置34，使得經(jīng)過(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26將流體槽28內(nèi)預(yù)定量的流體分配 到流體目的地上或流體目的地內(nèi)(方框46)。在該方法中，致動(dòng)(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝 置34包括經(jīng)由電子控制器件(或稱電子控制裝置)激活(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26中的至少 一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，流體被芯吸入流體槽28內(nèi)(方框42)之后，該方框可進(jìn)一步包 括將流體噴射裝置34的流體滴噴射物清除到廢液容器內(nèi)，該廢液容器例如是設(shè)計(jì)成用于 廢流體滴收集的井板的特定井。應(yīng)當(dāng)理解，清除流體滴噴射物可在噴射流體時(shí)或者在不噴射流體時(shí)通過將噴發(fā)能量設(shè)置到合適水平來(lái)執(zhí)行。進(jìn)行上述步驟至少部分地是為了使(一個(gè)或多個(gè))噴射裝置34實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定狀態(tài)的流體滴噴射。電子控制器件可被編程以自動(dòng)地將預(yù)定容積的流體分配到預(yù)定目的地上或預(yù)定 目的地中。合適流體目的地的非限制性示例包括基本平的襯底、硝酸纖維素隔膜、井板的井 或其內(nèi)的特定位置、靜電腔、石英晶體諧振器、用于微機(jī)電系統(tǒng)的懸臂和/或類似物，和/或 它們的組合。應(yīng)當(dāng)理解，使用者可輸入數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)電子控制器件進(jìn)行編程。每個(gè)系統(tǒng)20、20’ 可例如為手持式系統(tǒng)、自動(dòng)系統(tǒng)、或手持式系統(tǒng)和自動(dòng)系統(tǒng)的組合，其中所述手持式系統(tǒng)的 運(yùn)動(dòng)由使用者控制，所述自動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)由自動(dòng)x、y、ζ坐標(biāo)臺(tái)控制。在非限制性示例中，本文公開的方法可用于將流體傳送到基本上平的襯底以生產(chǎn) 測(cè)試條。在進(jìn)一步的非限制性示例中，流體傳送方法包括控制(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝 置34的致動(dòng)，以及控制流體滴噴射期間單一流體傳送裝置10、10’、10”與自動(dòng)x、y、z坐標(biāo) 臺(tái)的相對(duì)速度，以在基本平的襯底上產(chǎn)生具有各流體滴密度梯度的測(cè)試條。例如，通過從一 個(gè)噴嘴噴射一滴流體，可分配的流體容積范圍從約IpL到約IOOpL,從而通過從10個(gè)噴嘴噴 射1000滴流體，可分配的流體容積范圍從約IOnL到約1 μ L。這樣，可從流體傳送裝置10、 10’、10”直接噴到單一襯底上的流體的變化范圍從IpL到1 μ L(六個(gè)數(shù)量級(jí))。本文公開的流體傳送裝置10、10’、10”還構(gòu)造成用于顯著簡(jiǎn)化的(一種或多種)清 潔方法，該方法可在流體傳送裝置10、10’、10”使用之前和/或之后執(zhí)行。(一種或多種) 清潔方法可合并有將樣品流體傳送到流體目的地中或流體目的地上的方法，這顯著地簡(jiǎn)化 了樣品流體處理或傳送的循環(huán)過程。然而，應(yīng)當(dāng)理解，(一種或多種)清潔方法也可與將樣 品流體傳送到流體目的地中或流體目的地上的方法分開使用。清潔方法的實(shí)施例包括將流體入口 30暴露于清潔溶液，由此，該清潔溶液通過毛 細(xì)力芯吸入流體槽28內(nèi)。在非限制性示例中，例如通過使管芯12淹沒在清潔溶液中來(lái)實(shí) 現(xiàn)將流體入口 30暴露于清潔溶液。合適的清潔溶液的非限制性示例是表面活性劑溶液，其中，表面活性劑選自十二 烷基硫酸鈉。其他合適的表面活性劑包括陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑。陰離 子表面活性劑的示例包括但不限于磺酸鹽表面活性劑，例如磺基丁二酸酯(可從CYTEC獲 得的 AerosolOT，A196 ；AY 和 GP)和磺酸鹽(可從 CYTEC 獲得的 Aerosol DP0S45, OS ；可從 WITCO獲得的Witconate C-50H ；可從DOW獲得的Dowfax8390)；以及含氟表面活性劑(可從 3M獲得的Fluorad FC99C)。非離子表面活性劑的示例包括但不限于含氟表面活性劑(可從 3M獲得的Fluorad FC107C)、烷氧基表面活性劑(可從Union Carbide獲得的Tergitol系 列的15S-5、15S-7和15S-9)以及有機(jī)硅氧烷表面活性劑(可從WITCO獲得的Silwet L-77 和L-76-9)。在一些實(shí)施例中可能不希望使用陽(yáng)離子表面活性劑，包括十六烷基三甲基溴化 銨(Aldrich)，因?yàn)樗鼈冓呄蛴谑龟庪x子材料沉淀，例如使蛋白質(zhì)沉淀。應(yīng)當(dāng)理解，在一些其 他實(shí)施例中可能希望使用陽(yáng)離子表面活性劑。清潔溶液也可包括用于控制pH值的緩沖劑、用于溶解金屬沉淀物的金屬螯合劑 (例如碳酸鈣)和用于抑制微生物生長(zhǎng)的生物殺滅劑。2003年8月26日授權(quán)的美國(guó)專利 6，610，129中進(jìn)一步描述了這樣的配料，在此以引用方式將該專利的全部?jī)?nèi)容并入本文。在該實(shí)施例中，清潔方法進(jìn)一步包括致動(dòng)(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝置34，使得 通過(一個(gè)或多個(gè))噴嘴26來(lái)分配清潔溶液?？啥啻沃聞?dòng)(例如，以約IkHz的致動(dòng)頻率致動(dòng)約一百次)(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝置34以從裝置10、10’、10”分配清潔溶液，可按 照顯著較低的能量水平(即足以產(chǎn)生蒸氣泡成核，但卻不產(chǎn)生單一的強(qiáng)驅(qū)動(dòng)氣泡的能量水 平)致動(dòng)(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝置34，和/或上述兩種方式的組合。在非限制性示例 中，首先將管芯12從清潔溶液移開，然后致動(dòng)(一個(gè)或多個(gè))流體噴射裝置34，從而分配清 潔流體。在另一個(gè)非限制性示例中，當(dāng)管芯浸沒在清潔溶液中時(shí)完成(一個(gè)或多個(gè))流體 噴射裝置34的致動(dòng)。清潔方法的另一個(gè)實(shí)施例包括將管芯12浸沒在清潔溶液中，用水清洗管芯12，然后將管芯12弄干。清潔方法的又一個(gè)實(shí)施例包括將管芯12暴露于清潔溶液的噴射流。應(yīng)當(dāng)理解，由于互連器構(gòu)件14定位成緊鄰管芯12，互連器構(gòu)件14由于暴露于例如 其他流體、細(xì)菌和/或類似物而可能易于受到污染。這種污染通常是由于互連器構(gòu)件14長(zhǎng) 時(shí)間暴露或殘留暴露(residualexposure)于水或其他流體而引起的。因此，為了顯著降低 這種污染的風(fēng)險(xiǎn)或者防止這種污染，可對(duì)互連器構(gòu)件14直接與管芯相鄰的至少一部分進(jìn) 行處理，使得構(gòu)件14的該部分是疏水的。這種疏水涂層被認(rèn)為在構(gòu)件14浸沒于流體(例 如水)內(nèi)時(shí)基本防止流體潤(rùn)濕構(gòu)件14。這種處理涂層的示例包括可感光環(huán)氧樹脂(例如 SU8)或其他疏水聚合物(例如含氟聚合物)。在一個(gè)實(shí)施例中，利用掩模和氣相沉積來(lái)使 構(gòu)件14成為疏水的。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了幾個(gè)實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員均能明白的是，所公開實(shí)施 例可被修改，和/或其他實(shí)施例也是有可能的。因此，前面的描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的而 非限制性的。
權(quán)利要求
一種流體傳送裝置(10，10’，10”)，包括管芯(12)，其具有第一和第二相對(duì)表面(22，24)；至少一個(gè)噴嘴(26)，其形成在所述第一相對(duì)表面(22)內(nèi)；和流體槽(28)，其形成在所述第二相對(duì)表面(24)內(nèi)，所述流體槽(28)具有鄰近所述第二相對(duì)表面(24)的入口(30)和分離的出口(32)，其中，流體在毛細(xì)作用下經(jīng)過所述入口(30)芯吸入所述流體槽(28)內(nèi)，而且流體經(jīng)過所述出口(32)排出到所述至少一個(gè)噴嘴(26)。
2.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，進(jìn)一步包括流體噴 射裝置(34)，所述流體噴射裝置(34)與所述流體槽(28)和所述至少一個(gè)噴嘴(26)流體連通。
3.如權(quán)利要求2所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述流體噴射裝置 (34)集成在所述管芯(12)內(nèi)，與所述至少一個(gè)噴嘴(26)相對(duì)。
4.如權(quán)利要求2所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述流體噴射裝置 (34)選自熱噴墨分配器和壓電噴墨分配器。
5.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，進(jìn)一步包括在其內(nèi) 限定有第二流體槽(38)的構(gòu)件(36)，所述構(gòu)件(36)被可操作地連接到所述管芯(12)，使 得所述第二流體槽(38)的至少一部分與所述流體槽(28)的至少一部分基本對(duì)準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求5所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述第二流體槽 (38)擴(kuò)大了所述流體槽(28)的容積。
7.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述流體槽(28)的 容積為IyL或更小。
8.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述流體槽(28)構(gòu) 造成在基本沒有外部背壓的情況下將流體芯吸到其內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述管芯(12)構(gòu)造 成可浸沒在井板中。
10.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，所述管芯(12)包 括單一流體槽(28)，而且所述裝置(10，10’，10”)進(jìn)一步包括多個(gè)噴嘴(26)和與所述單一 流體槽(28)流體連通的各自的關(guān)聯(lián)的流體噴射裝置(34)。
11.如權(quán)利要求1所述的流體傳送裝置(10，10’，10”)，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè)其他噴嘴(26)，其形成在所述第二相對(duì)表面(24)內(nèi)，使得所述至少一個(gè)其他噴嘴(26)和所述至少一個(gè)噴嘴(26)是流體上分離的；和至少一個(gè)其他流體槽(28)，其形成在所述第二相對(duì)表面(24)內(nèi)，使得所述流體槽(28) 和所述至少一個(gè)其他流體槽(28)是流體上分離的，所述至少一個(gè)其他流體槽(28)具有鄰 近所述第二相對(duì)表面(24)的入口(30)和分離的出口(32)，其中，流體在毛細(xì)作用下經(jīng)過所 述入口(30)芯吸入所述至少一個(gè)其他流體槽(28)內(nèi)，而且流體經(jīng)過所述出口(32)排出到 所述至少一個(gè)其他噴嘴(26)。
12.一種制造流體傳送裝置(10，10’，10”)的方法，包括在管芯(12)內(nèi)限定流體槽(28)，使得所述流體槽(28)的流體入口(30)鄰近所述管芯 (12)的兩個(gè)相對(duì)表面(22，24)中的一個(gè)相對(duì)表面(24)；在所述管芯(12)的所述兩個(gè)相對(duì)表面(22，24)中的另一個(gè)相對(duì)表面(22)內(nèi)限定至少 一個(gè)噴嘴(26)，由此，所述至少一個(gè)噴嘴(12)流體連接到所述流體槽(28)的出口(32)；以 及在所述管芯(12)內(nèi)構(gòu)造流體噴射裝置(34)，使得所述流體噴射裝置(34)能夠經(jīng)過所 述至少一個(gè)噴嘴(26)噴射流體。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述流體槽(28)被構(gòu)造成使得在基本沒 有外部背壓的情況下，毛細(xì)力i)在所述流體槽(28)暴露于所述流體時(shí)，經(jīng)過所述流體入口 (30)將流體芯吸入所述流體槽(28)內(nèi)；以及ii)將所述流體容納在所述管芯(12)內(nèi)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，限定所述流體槽(28)和所述至少一個(gè)噴 嘴(26)是通過微加工實(shí)現(xiàn)的。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將在其內(nèi)限定有第二流體槽 (38)的構(gòu)件(36)可操作地連接到所述管芯(12)，使得所述第二流體槽(38)與所述流體槽 (28)基本對(duì)準(zhǔn)，從而擴(kuò)大了所述流體槽(28)的容積。
全文摘要
本發(fā)明公開了流體傳送裝置(10，10’，10”)的實(shí)施例。
文檔編號(hào)B67D99/00GK101820941SQ200880111126
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者G·馬尼什, J·M·于, K·F·彼得斯 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司