專利名稱：平行微流體陣列的致動(dòng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在微流體粒子處理系統(tǒng)或裝置中使用的致動(dòng)器。 具體來說，本發(fā)明涉及一種用于與平行陣列微流體分選裝置一起使 用的致動(dòng)器，所述分選裝置用于在多個(gè)平行通道內(nèi)分選粒子。
背景技術(shù)：
微流體裝置可以在各種應(yīng)用中用于對(duì)粒子執(zhí)行任意次微流體處理。
在生物技術(shù)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在細(xì)胞學(xué)和藥物篩選領(lǐng)域，需要對(duì) 粒子進(jìn)行高流通量分選。需要分選的粒子例如是各種類型的細(xì)胞， 諸如血小板、白細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、胚細(xì)胞等。這些粒子在細(xì)胞學(xué)領(lǐng) 域尤其受人關(guān)注。其他粒子是諸如蛋白質(zhì)、酶和多聚核苷酸等(大) 分子種類。在新藥物的研發(fā)過程中，這些粒子家族在藥物篩選領(lǐng)域 尤其受人關(guān)注。
用于粒子分選的方法和設(shè)備是已知的，并且現(xiàn)有技術(shù)中的大部 分裝置和方法都是在下面的條件下工作，即粒子懸浮在流動(dòng)通過具 有至少 一 個(gè)下游分支點(diǎn)的通道網(wǎng)絡(luò)的流體中并才艮據(jù)-險(xiǎn)測(cè)-決定-偏轉(zhuǎn) 原則執(zhí)行分選。首先分析所述運(yùn)動(dòng)粒子的具體特性，諸如吸光性、 熒光強(qiáng)度、尺寸或其它適合的特性。根據(jù)該檢測(cè)階段的結(jié)果，決定 如何進(jìn)一步處理這些粒子。接著應(yīng)用決定的結(jié)果，以使特定的粒子的方向朝所述通道網(wǎng)絡(luò)的預(yù)定分支偏轉(zhuǎn)。
重要的是分選設(shè)備的流通量，即單位時(shí)間能夠分選出的粒子量。 就單個(gè)分選裝置而言，在密封通道中采用懸浮粒子流的分選器通常 的分選率在每秒幾百個(gè)粒子到每秒上千個(gè)粒子的范圍之間。
在某些微流體處理中，例如粒子分選，用于啟動(dòng)一個(gè)工序的特 定致動(dòng)器有一些缺點(diǎn)，所述工序例如是將具有預(yù)定特性的粒子與不 具有該預(yù)定特性的粒子分離。例如，某些致動(dòng)器可能占用微流體芯 片上的相當(dāng)大的空間，限制了致動(dòng)器組裝到微流體芯片上的效率， 從而也限制了平行通道陣列包裝的密度和效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供 一 種在微流體粒子分選系統(tǒng)中使用的改進(jìn)的致動(dòng) 器。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于多個(gè)致動(dòng)器的堆疊包 裝方案，所述多個(gè)致動(dòng)器用來使粒子選擇地從通道流向相關(guān)的分選 通道偏轉(zhuǎn)。在另一種實(shí)施方式中，提供一種致動(dòng)器塊用于容納二維 陣列的致動(dòng)器，每個(gè)致動(dòng)器被構(gòu)造成與相聯(lián)的包含多個(gè)分選通道的 分選芯片中的致動(dòng)端口對(duì)準(zhǔn)。所述致動(dòng)器塊可以包括內(nèi)置應(yīng)力部件 以為每個(gè)被所述塊容納的致動(dòng)器預(yù)加應(yīng)力。在另一種實(shí)施方式中， 包括壓電堆的致動(dòng)器可以采用接觸式電氣連接而不是焊接線以提高 包裝密度。在一種實(shí)施方式中，所述致動(dòng)器是外部致動(dòng)器。也就是 說，所述外部致動(dòng)器位于其內(nèi)形成有分選通道的基片的外部。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于分選粒子的系統(tǒng)包括微流體芯片，
該微流體芯片含有多個(gè)微分選器，每個(gè)微分選器具有與位移致動(dòng) 器接口連接的致動(dòng)端口 ，所述位移致動(dòng)器用于選擇地致動(dòng)所述微分 選器以使具有預(yù)定特性的粒子從粒子流偏轉(zhuǎn)，其中，第一微分選器 的至少 一 個(gè)致動(dòng)端口位于沿著所述芯片不同于第二微分選器的驅(qū)動(dòng) 端口的坐標(biāo)上；和保持所述多個(gè)位移驅(qū)動(dòng)器的塊，使得當(dāng)所述塊和 芯片組合在 一 起時(shí)，所述塊中的每個(gè)致動(dòng)器的位置與微分選器芯片 中的致動(dòng)端口對(duì)應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，用于提供密集陣列的位移致動(dòng)器的系統(tǒng)包括塊組件，該塊組件保持用于選擇地致動(dòng)固定的二維陣列中
的相關(guān)分選器的致動(dòng)器；所述塊組件中的層，該層使每個(gè)致動(dòng)器壓
靠在獨(dú)立的撓性部件上以提供預(yù)應(yīng)力，以及安裝在塊中的多個(gè)致動(dòng)銷。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，位移致動(dòng)裝置包括壓電堆疊，連接到所述壓電堆疊一端的用于與待偏轉(zhuǎn)的表面接觸的致動(dòng)銷，用于保持連接到所述壓電堆疊的第二端的位移致動(dòng)裝置支架的安裝銷和設(shè)置在所述安裝銷上并至少部分延伸到所述壓電堆疊上以向壓電堆疊提供電氣連接的導(dǎo)電涂膜。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種所示實(shí)施方式的微流體粒子分選
系統(tǒng)；
圖2是圖1的微流體粒子分選系統(tǒng)區(qū)域的詳細(xì)視圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的微流體粒子分選系統(tǒng)中的粒子分選模塊的一種實(shí)施方式；
圖4示出了適于在本發(fā)明的粒子分選系統(tǒng)中使用的粒子分選模塊的另一種實(shí)施方式；
圖5a-5d示出了在基于預(yù)定特性分選粒子流的過程中的粒子分選模塊的另一種實(shí)施方式；
圖6示出了在二維陣列中與圖1的粒子分選系統(tǒng)一起使用的用于容納多個(gè)外部致動(dòng)器的致動(dòng)器塊的實(shí)施方式；
圖7示出了致動(dòng)器塊的另一種實(shí)施方式；
圖8示出了用于選擇地致動(dòng)圖1的粒子分選系統(tǒng)中的分選轉(zhuǎn)換器的致動(dòng)器的一種實(shí)施方式；
圖9示出了致動(dòng)器的另一種實(shí)施方式；
圖10示出了圖9的致動(dòng)器，包括導(dǎo)電彈簧加載的接觸器以為致動(dòng)器提供電氣連接；動(dòng)器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于在微流體粒子分選系統(tǒng)中使用的改進(jìn)的致動(dòng)系統(tǒng)，該微流體粒子分選系統(tǒng)分選液體中懸浮的粒子。所述粒子分選系統(tǒng)基于預(yù)定的特性提供粒子的高流通量、低失誤的分選。以下接合示意性的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解本發(fā)明可以以許多不同的應(yīng)用和實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用并不具體限于這里描述的特定實(shí)施方式。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種所示實(shí)施方式的微流體粒子處理系統(tǒng)10。所示的粒子處理系統(tǒng)10包括用于分選粒子的粒子分選系統(tǒng)，該粒子分選系統(tǒng)基于一個(gè)或多個(gè)預(yù)定特性分選流動(dòng)通過多個(gè)平行通道的粒子。所示的粒子處理系統(tǒng)10形成在基片12上并包括用于處理平行輸入的樣本流的多個(gè)處理通道，該處理通道表示為分選通道160。所述處理系統(tǒng)10包括用于將樣本輸入到該系統(tǒng)的多個(gè)樣本輸入口 130。在所示的實(shí)施方式中，樣本輸入口 130與入口通道132相交，該入口通道中流動(dòng)處理液體，例如流動(dòng)通過該系統(tǒng)的鞘流。所述的樣本l敘入口 130和入口通道132形成了流動(dòng)通過平4亍處理通道160的攜帶有待由所述系統(tǒng)處理的粒子的鞘流。
2004年11月1日提交序列號(hào)為NO.10/979848的美國專利申請(qǐng)中描述了 一種合適的鞘流系統(tǒng)，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用結(jié)合入本文。然而，本發(fā)明并不限于以這種方式將樣本和/或鞘流輸入到粒子處理系統(tǒng)，任何合適的方式都可以應(yīng)用。
才企測(cè)區(qū)域120 4妄收包含4寺處理并立子的鞘流流動(dòng)通過平行通道110并對(duì)這些粒子進(jìn)行分析。在所示的實(shí)施方式中，所述4企測(cè)系統(tǒng)觀察粒子以確定粒子是否具有預(yù)定的特性，所述檢測(cè)區(qū)域包括用于感應(yīng)流經(jīng)通道160的目標(biāo)粒子的預(yù)定特性的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器。
序列號(hào)為NO.10/915016的美國專利申請(qǐng)中描述了一種用于分析粒子的合適的檢測(cè)系統(tǒng)，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用結(jié)合入本文。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到可以使用任何分析粒子的合適方法。
在處理區(qū)域140,處理系統(tǒng)IO對(duì)流經(jīng)通道110的粒子執(zhí)行選定
的處理。在所示的實(shí)施方式中，該處理區(qū)域包含一系列轉(zhuǎn)換器150，這些轉(zhuǎn)換器用于將經(jīng)過檢測(cè)區(qū)域120中的檢測(cè)器確定的具有一種或
圖2是圖1的粒子處理系統(tǒng)10中的區(qū)域D的詳細(xì)一見圖。圖3示出了本發(fā)明的一種所示實(shí)施方式的處理區(qū)域中釆用的合適轉(zhuǎn)換器151。每個(gè)分選通道160都相聯(lián)有專用的轉(zhuǎn)換器151以在該通道內(nèi)對(duì)粒子進(jìn)行分選。如所示出的，分選通道160將懸浮在攜帶液體中的粒子運(yùn)送通過所述轉(zhuǎn)換器區(qū)域。在所述分選區(qū)域，分選通道160在分支點(diǎn)21處分成第一支路22a和第二支路22b。所述轉(zhuǎn)換器151通過對(duì)通道160中的由所述檢測(cè)區(qū)域120確定的選定粒子18b選擇地施加壓力脈沖以使這些具有預(yù)定特性的粒子偏轉(zhuǎn)到通道的第一出口 22a中，而不具有所述預(yù)定特性的粒子18a流入通道160的第二出口 22b中，從而實(shí)現(xiàn)了粒子分離。所述才企測(cè)區(qū)域120限定在轉(zhuǎn)換器區(qū)域上游的分選通道中并如上面所述的與檢測(cè)器相聯(lián)以在檢測(cè)區(qū)域120中感應(yīng)粒子的預(yù)定特性。
根據(jù)所示的實(shí)施方式，每個(gè)轉(zhuǎn)換器151包括與轉(zhuǎn)換區(qū)域中的分選通道160相交的側(cè)通道152。諸如鞘流的一種流體部分填充所述側(cè)通道152以在側(cè)通道內(nèi)形成彎月面153。所述側(cè)通道152延伸到并終止于密封室154，該密封室優(yōu)選填充諸如空氣的流體而不是所述鞘流。彎月面153是鞘流和密封室154之間的界面并在兩者之間形成屏障。密封室154優(yōu)選包括柔性或可動(dòng)壁，當(dāng)該壁向內(nèi)偏轉(zhuǎn)或運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致密封室154中的壓力增加。如下文中所述，所述密封室154
作為與形成在帶有外部致動(dòng)器的基片上的分選部件分界面的致動(dòng)端c 。
當(dāng)檢測(cè)區(qū)域中的檢測(cè)器確定粒子具有預(yù)定特性時(shí)，致動(dòng)器158也用于致動(dòng)所述轉(zhuǎn)換器151。在一些實(shí)施方式中，致動(dòng)器158在轉(zhuǎn)換器151外部。當(dāng)致動(dòng)器被致動(dòng)時(shí)，其即時(shí)引起分選通道160中的流動(dòng)擾動(dòng)以使分選通道內(nèi)的流動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。致動(dòng)器158選擇地增加密
封室154內(nèi)的壓力，引起所述側(cè)通道152附近的分選通道中的流動(dòng)向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，即基本上垂直于分選通道160中的正常流動(dòng)。這種短暫的液體偏轉(zhuǎn)具有垂直于分選的正常流動(dòng)的分量，其能夠被適用于使具有預(yù)定特性的粒子偏轉(zhuǎn)以將它們與混合物中的剩余粒子分離。
致動(dòng)器158優(yōu)選是如下所述的位移致動(dòng)器。
可以選擇地具有用于吸收由致動(dòng)器產(chǎn)生的壓力脈沖的緩沖器。
優(yōu)選地，致動(dòng)器158在基片的外部，分選通道160形成在基片中。密封室154也可以形成在基片的外部。
圖4示出了轉(zhuǎn)換器的另一種實(shí)施方式，其適于產(chǎn)生壓力脈沖以將感興趣的粒子與粒子流中的其它粒子分離，和/或根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)用作用于吸收壓力脈沖的緩沖器。如圖所示，轉(zhuǎn)換器151，形成于基片12中的側(cè)通道152，附近，側(cè)通道通向分選通道160。所述側(cè)通道152，包括由通道的側(cè)壁中的孔形成的流體接口端口 17。密封的壓縮室154'位于側(cè)通道152附近并通過所述流體4妻口端口與側(cè)通道連通。示意性的室154，由密封件71和柔性膜72形成。側(cè)通道152，中的載流流體在側(cè)通道和所述室之間的交界處形成彎月面153，。致動(dòng)器158，擠壓柔性膜以增加所述室中的壓力，使所述彎月面偏轉(zhuǎn)并在攜帶流中產(chǎn)生壓力脈沖。
圖5a-5d示出了圖l-4的粒子分選系統(tǒng)10中的轉(zhuǎn)換器151的轉(zhuǎn)換操作。在圖5a-5d的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換器151包括緩沖器，該緩沖器用于吸收當(dāng)致動(dòng)器158使所述室154中的壓力增加時(shí)產(chǎn)生的壓力脈沖。該緩沖器包括相對(duì)于所述轉(zhuǎn)換器側(cè)通道154形成的終止于密封室154，中的第二側(cè)通道。在圖5A中，檢測(cè)區(qū)域120中的檢測(cè)器感應(yīng)粒子的預(yù)定特性并產(chǎn)生信號(hào)以使致動(dòng)器158致動(dòng)。在將致動(dòng)器致動(dòng)后，轉(zhuǎn)換器151的容器154內(nèi)的壓力增加，使彎月面153偏轉(zhuǎn)并使流體如圖5B中的箭頭表示的從第一側(cè)通道152短時(shí)排出。由于第二容器緩沖器的彈性特質(zhì)，分選通道中該處壓力的突然增加引起液體流入第二側(cè)通道中形成緩沖器。流體進(jìn)入緩沖器側(cè)通道的這種運(yùn)動(dòng)用箭頭表示。結(jié)果，如從圖5C中可見的，經(jīng)過分選通道的流動(dòng)被
偏轉(zhuǎn)了，導(dǎo)致位于第一側(cè)通道154和所述緩沖側(cè)通道之間的選定的 感興趣的粒子18b向垂直于其正常狀態(tài)的流動(dòng)方向移動(dòng)。這些偏轉(zhuǎn) 的感興趣粒子由壓力脈沖徑向偏轉(zhuǎn)，然后流入第一出口通道22a中， 而沒被選^f奪的粒子不受壓力脈沖影響，流入所述第二出口通道22b 中，從而如圖5A和5D中所示將具有預(yù)定特性的粒子與不具有預(yù)定 特性的粒子分離。
當(dāng)致動(dòng)器158解除致動(dòng)時(shí)，容器154， 154，內(nèi)的壓力回到正常壓 力，從而允許粒子正常流入第二出口通道22b中。
該檢測(cè)粒子和選擇偏斜粒子的過程可以每秒鐘重復(fù)很多次以用 于高速率地分選粒子。采用上述流體轉(zhuǎn)換，每秒鐘可以執(zhí)行最高大 約幾千次轉(zhuǎn)換操作，從而產(chǎn)生每小時(shí)分選數(shù)百萬個(gè)粒子的級(jí)別的分 選速率。
美國專利6877528、 6808075、 6976590和7157274和序列號(hào)為 11/295183的美國專利申請(qǐng)中描述了合適的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這些申請(qǐng)的內(nèi) 容通過引用結(jié)合入本文。
根據(jù)本發(fā)明所示的實(shí)施方式，如圖l和圖2所示，用于分選通 道160陣列的致動(dòng)器158交錯(cuò)位于微流體基片12上以允許所述通道 在基片12上緊密排列。例如，在所示的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換 區(qū)域，即每個(gè)轉(zhuǎn)換器中側(cè)通道152與分選通道160相交的區(qū)域之間 的間隔可以與區(qū)域140中的基本相等。轉(zhuǎn)換器的側(cè)通道152的長度 可以變化以允許在側(cè)通道152端部處的致動(dòng)器158的位置相互錯(cuò)開。 然而在本發(fā)明的另 一 種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換器區(qū)域中的轉(zhuǎn)換器可以錯(cuò) 開。使轉(zhuǎn)換器錯(cuò)開需要從檢測(cè)到致動(dòng)(對(duì)每個(gè)長度來說)補(bǔ)償時(shí)間 差，并且由于并不是所有的分選的和未分選的通道(在轉(zhuǎn)換接合點(diǎn) 之后的y型通道)的流動(dòng)阻力都內(nèi)在匹配的事實(shí)可能需要補(bǔ)償與其 匹配的流動(dòng)阻力。
在所示的實(shí)施方式中，致動(dòng)器158沿所述基片以三個(gè)間隔在不 同的坐標(biāo)處交錯(cuò)。如在此應(yīng)用的，術(shù)語"坐標(biāo)"是指一個(gè)元件沿基片的縱向位置。例如，術(shù)語坐標(biāo)可以指致動(dòng)器和/或致動(dòng)器端口距一 排轉(zhuǎn)換器或平行于基片的前端(輸入端)或后端(輸出端)的另一 排轉(zhuǎn)換器的距離。在此實(shí)施方式中，所述致動(dòng)端口通過使用非對(duì)稱
致動(dòng)器端口平疊長度(arm length)而交錯(cuò)在芯片上而使轉(zhuǎn)換接合點(diǎn) 位于線S上。例如，致動(dòng)器158可以通過選擇地延伸所述轉(zhuǎn)換器的 側(cè)通道交4晉開以將所述致動(dòng)器端口和室154定位在距所述轉(zhuǎn)換區(qū)域 的交錯(cuò)距離處。例如，在如圖l和2所示的實(shí)施方式中，所述通道 被分組成三個(gè)子系列。所述三個(gè)轉(zhuǎn)換器系列中的第一轉(zhuǎn)換器151a的 第一側(cè)通道152a具有第一長度A,終止于密封室154a在線X處形 成致動(dòng)器端口，從而使相應(yīng)的致動(dòng)器沿線X定位。第二轉(zhuǎn)換器151b 的第二側(cè)通道152b具有第二長度B,終止于密封室154b在線Y處 形成致動(dòng)器端口 ，從而使相應(yīng)的致動(dòng)器沿線Y定位。第三轉(zhuǎn)換器151c 的第三側(cè)通道152c具有第三長度C,終止于密封室154c在線Z處 形成致動(dòng)器端口，從而使相應(yīng)的致動(dòng)器沿線Z定位，這是距所述轉(zhuǎn) 換區(qū)域距離最遠(yuǎn)的地方，沿著線S對(duì)準(zhǔn)。因此，每三個(gè)致動(dòng)器和相 聯(lián)的室沿基片的同一坐標(biāo)(例如，同一排)對(duì)準(zhǔn)。以此方式，用于 分選通道系列的致動(dòng)器和轉(zhuǎn)換器的三分之一沿線X定位，與轉(zhuǎn)換線 S距離最近。致動(dòng)器的第二個(gè)三分之一沿線Y定位，與所述轉(zhuǎn)換線S 離得較遠(yuǎn)，最后三分之一的致動(dòng)器沿線Z定位，與轉(zhuǎn)換線S距離最 遠(yuǎn)。
因此所述的排列方案能夠使所述分選通道緊密排列。在一種實(shí) 施方式中，所述分選通道可以排列成在通道之間具有900樣t米的小 的間隔。相反，如果所述致動(dòng)器沿同一條線對(duì)準(zhǔn)，則需要有更大的間隔。
通過使用本發(fā)明示出的實(shí)施方式中的在每三個(gè)通道中的錯(cuò)開的 致動(dòng)端口能夠使傳統(tǒng)的通常太大而不能線性排列的壓電堆疊的或電 致收縮的或者其他種類的位移致動(dòng)器線性排列。
盡管微流體粒子處理系統(tǒng)的致動(dòng)器陣列和相應(yīng)的致動(dòng)端口是以 交錯(cuò)的三排進(jìn)行描述的，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，本發(fā)明的孩l流體粒子處理系統(tǒng)的致動(dòng)器陣列和相應(yīng)的致動(dòng)端口可以具有更 少的排，例如兩排或者多于三排，例如四排、五排、六排等。
替代地，區(qū)域140中的轉(zhuǎn)換點(diǎn)也可以是或可選擇是交錯(cuò)的，從 而使線s包括若干交錯(cuò)的線。
在該實(shí)施方式中，所述致動(dòng)器陣列和致動(dòng)器端口陣列被設(shè)計(jì)成 與間隔匹配并達(dá)到了新的最小通道間間隔。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，所述粒子處理系統(tǒng)可以包括自 對(duì)準(zhǔn)致動(dòng)器墊塊，該自對(duì)準(zhǔn)致動(dòng)器墊塊包括用于致動(dòng)所述粒子處理
系統(tǒng)中的多個(gè)轉(zhuǎn)換器的多個(gè)致動(dòng)器。圖6示出了自對(duì)準(zhǔn)致動(dòng)器墊塊 400的一種實(shí)施方式，該自對(duì)準(zhǔn)致動(dòng)器墊塊400適于當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)120 檢測(cè)出分選通道160中的粒子具有預(yù)定特性時(shí)致動(dòng)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)連接 到基片12上時(shí)，塊中的每個(gè)致動(dòng)器158與轉(zhuǎn)換器側(cè)通道的終止處的 密封室對(duì)準(zhǔn)以將所述致動(dòng)器與選擇的轉(zhuǎn)換器和分選通道160相聯(lián)。 在檢測(cè)系統(tǒng)120的信號(hào)指示下，控制器選擇地致動(dòng)所述塊中合適的 致動(dòng)器158以增加相聯(lián)的轉(zhuǎn)換室中的壓力，使得相聯(lián)的轉(zhuǎn)換器側(cè)通 道中的彎月面偏4+進(jìn)而4吏相聯(lián)的分選通道中的目標(biāo)粒子偏斜。如果 適當(dāng)，所述致動(dòng)器塊400可以一次致動(dòng)所述致動(dòng)器中的一個(gè)、多個(gè) 或致動(dòng)所有的致動(dòng)器。
所示的致動(dòng)器包括導(dǎo)電彈簧加載的接觸器、彎曲部件或其它用 于每個(gè)致動(dòng)器、例如用于每個(gè)致動(dòng)器銷的合適的柔性裝置。
在所示的實(shí)施方式中，多個(gè)致動(dòng)器158密集地排列在二維陣列 中。每個(gè)所示的致動(dòng)器158包括壓電堆疊1581或在供以特定信號(hào)時(shí) 擴(kuò)張或收縮的其它合適的位移致動(dòng)器。替代地，所述壓電堆疊可以 包括領(lǐng)域中公知的電致收縮位移致動(dòng)器。致動(dòng)銷1582或其它合適裝 置以任何合適的方式安裝到所述壓電堆疊的前側(cè)。致動(dòng)銷1582可以 通過任何合適的方式、包括膠、接合劑或其它連接方法安裝到所述 壓電堆疊上。在每個(gè)壓電堆疊1581的后部上安裝安裝銷1583。所述
生必要的壓力脈沖以選擇地偏轉(zhuǎn)分選通道中的目標(biāo)粒子時(shí)與所述密封的轉(zhuǎn)換室的可動(dòng)壁接觸。所述堆疊的致動(dòng)銷1582、壓電堆疊1581 和安裝銷1583合起來形成"壓電銷"單元。
用于容納壓電銷陣列的塊包括后板1585,所述壓電銷可以固定 到所述塊中。所述壓電銷優(yōu)選固定到所述后板1585上，從而使安裝 銷1583延伸通過形成于所述后板中的孔1591。所述安裝銷1583可 以從電源導(dǎo)電以致動(dòng)所述致動(dòng)器。固定所述壓電銷之后，將所述后 板安裝到前部塊1584中從而使壓電銷抵壓位于前部塊1584的頂部 1587中的彎曲部件1586?？梢允褂萌魏魏线m的裝置對(duì)壓電銷進(jìn)4亍壓 縮并且本發(fā)明并與限于所述的彎曲部件1586。當(dāng)將所述塊連接到基 片12上時(shí)，前部塊1584的頂部1587面向分選系統(tǒng)的基片12。由致 動(dòng)銷1582形成的所述壓電銷的末端穿過前部塊中的孔1588伸出從 而4吏它們可以與所述微分選系統(tǒng)的致動(dòng)端口接觸，而不會(huì)在所述基 片12和致動(dòng)器塊系統(tǒng)400之間產(chǎn)生機(jī)械干涉。
在所示的實(shí)施方式中，致動(dòng)器塊400包括沿軸線R示出的三排 壓電銷。每排與線X、 Y和Z中的一個(gè)相應(yīng)，沿著這些線在所述側(cè)
封室。在每排中，致動(dòng)器沿所述致動(dòng)器塊的長度L間隔開從而與沿 相關(guān)的線X、 Y或Z設(shè)置的轉(zhuǎn)換器子系列中的每個(gè)密封室對(duì)準(zhǔn)。雖 然所述的實(shí)施方式示出了在三個(gè)間隔處交錯(cuò)的致動(dòng)器，但本領(lǐng)域的 技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，所述致動(dòng)器側(cè)通道和相聯(lián)的致動(dòng)器可以以任 何合適的間隔錯(cuò)開。例如，為交替錯(cuò)開，可以在所述塊中形成兩排 致動(dòng)器。致動(dòng)器塊中的排數(shù)與交錯(cuò)的轉(zhuǎn)換器子系列的數(shù)量對(duì)應(yīng)。
所示的致動(dòng)器塊400實(shí)現(xiàn)了緊密排列的陣列從而節(jié)約了空間。 在所示的實(shí)施方式中，每個(gè)致動(dòng)器，例如壓電銷或其它合適的位移 致動(dòng)器，間隔成在致動(dòng)器中心之間的間隔小于4mm,從而使所述致 動(dòng)銷沿所述塊的長側(cè)呈線性且間隔小于2mm并優(yōu)選小于lmm。
在所示的實(shí)施方式中，彎曲部件1586設(shè)置成將致動(dòng)器保持在預(yù) 加應(yīng)力狀態(tài)以促進(jìn)長時(shí)間和多次循環(huán)上穩(wěn)定的壓電堆疊操作。在所 述靜止位置(在不施加電壓的實(shí)施方式中)所述壓電銷或其它致動(dòng)裝置保持在壓縮狀態(tài)。當(dāng)向所述安裝銷施加電壓時(shí)，所述安裝銷1583
將電壓傳遞到所述壓電堆疊1581以克服所述壓縮力擴(kuò)張所述致動(dòng) 器，從而致動(dòng)相聯(lián)的轉(zhuǎn)換器151。
根據(jù)如圖7所示的本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，用于粒子處理系 統(tǒng)的致動(dòng)器塊400，可以釆用螺旋彈簧1596以在靜止位置按壓所述偏 轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置、例如壓電銷，以提供內(nèi)置預(yù)加應(yīng)力。螺旋彈簧1596可 以布置在每個(gè)壓電銷158或其它致動(dòng)裝置上方。所述彈簧加載的壓 電銷然后壓靠在剛性表面1597上，該剛性表面在所示的實(shí)施方式中 位于所述致動(dòng)器塊400，的頂部中。所述剛性表面1597可以位于^f壬何 合適的位置。
參考圖8-lld,本發(fā)明還可以通過具有接觸式電氣連接的壓電銷 致動(dòng)器來提供或替代地提供增強(qiáng)的性能，而不是采用焊接的或巻曲 的電線，由此進(jìn)一步提高排列密度。
壓電堆疊通常在堆疊的相對(duì)側(cè)具有焊接到電極的電線。在任何 密集排列實(shí)踐中必須將這些電線從所述塊引出并一次將一個(gè)連接到
壓電驅(qū)動(dòng)器電子儀上。在所示的壓電銷158中，在壓電結(jié)構(gòu)后部的 安裝銷1583的側(cè)部涂覆有帶導(dǎo)電材料(例如銅等金屬)的(或金屬 化的或者安裝有導(dǎo)體的)涂層1593,其延伸到壓電堆疊1581自身的 側(cè)部上面，以允許設(shè)計(jì)員使用安裝到致動(dòng)器塊后板中或后板下面的 導(dǎo)電彈簧1594來通過嵌入形成電氣連接，類似于集成電路芯片的直 插封裝銷插座。
所述基于銷(壓電銷)的壓電堆疊上的集成導(dǎo)體表面能夠使用 導(dǎo)電彈簧形成電氣連接，所述導(dǎo)電彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)插入連接代替焊接。
如圖8所示，致動(dòng)銷1582可以使用致動(dòng)銷后端的突起安裝到壓 電堆疊1581上，所述突起由壓電堆疊1581前端的凹陷1598 4妄收。 也可以使用任何合適的安裝方式。
已經(jīng)參照所示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。由于在不脫離 本發(fā)明的精神的情況下可以對(duì)上述的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些改變，因此包含 在上面的描述中或者附圖中示出的所有內(nèi)容都應(yīng)當(dāng)被理解為示例性的而不是限制性的。
還應(yīng)當(dāng)理解下面的權(quán)利要求涵蓋了這里描述的本發(fā)明的 一 般特 征和具體特征，和由于語言的原因可能落入上述一般特征和具體特 征之間的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有陳述。
在描述了本發(fā)明后，尋求專利特許證保護(hù)的新的專利請(qǐng)求為。
權(quán)利要求
1. 一種用于分選粒子的系統(tǒng)，包括包括多個(gè)微分選器的微流體芯片，每個(gè)微分選器具有用于與位移致動(dòng)器接口連接的致動(dòng)端口，所述位移致動(dòng)器用于選擇地致動(dòng)所述微分選器以使具有預(yù)定特性的粒子從粒子流偏轉(zhuǎn)，其中，第一微分選器的致動(dòng)端口中的至少一個(gè)位于沿所述微流體芯片不同于第二微分選器的致動(dòng)端口的坐標(biāo)的位置處；和保持多個(gè)位移致動(dòng)器的塊，使得在所述塊與所述微流體芯片連接到一起時(shí)，所述塊中的每個(gè)致動(dòng)器的位置與所述微流體芯片中的相聯(lián)的致動(dòng)端口的位置對(duì)應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述塊為處于未激發(fā)狀 態(tài)的每個(gè)位移致動(dòng)器提供預(yù)壓縮。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述每個(gè)位移致動(dòng)器包 括壓電堆疊
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)位移致動(dòng)器包括安 裝到所述壓電堆疊的電連接器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述位移致動(dòng)器包 括電壓縮位移致動(dòng)器。
6. 才艮據(jù)^L利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)端口和所述位 移致動(dòng)器形成在具有至少兩排的陣列中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)端口和所述位 移致動(dòng)器形成在具有至少三排的陣列中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)微分選器包括分支 的轉(zhuǎn)換區(qū)域，所述轉(zhuǎn)換區(qū)域包括主分選通道和兩個(gè)出口通道，并且 致動(dòng)器端口臂從所述主分選通道延伸并終止于所述致動(dòng)端口中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一微分選器的致 動(dòng)器端口臂的長度不同于所述第二微分選器的致動(dòng)器端口臂的長 度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，多個(gè)微分選器的所述分 支的轉(zhuǎn)換區(qū)域沿所述基片的水平方向?qū)?zhǔn)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)致動(dòng)器端口包括密封室。
12. —種用于提供位移致動(dòng)器的緊密陣列的系統(tǒng)，包括 保持致動(dòng)器的塊組件，所述致動(dòng)器用于選擇地致動(dòng)固定的二維陣列中的相關(guān)分選器；所述塊組件中的層，該層使每個(gè)致動(dòng)器壓靠在獨(dú)立的撓性部件上 以提供預(yù)加應(yīng)力；和安裝在所述塊中的多個(gè)致動(dòng)銷。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述位移致動(dòng)器 包括壓電堆疊和安裝到所述壓電堆疊上的傳動(dòng)銷。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述位移致動(dòng)器 包括安裝到所述壓電堆疊上的電連接器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述位移致動(dòng)器形成 在具有至少兩排的陣列中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述位移致動(dòng)器形成 在具有至少三排的陣列中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述撓性部件包括螺 旋彈簧。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述撓性部件包括彎 曲部件。
19. 一種位移致動(dòng)器裝置，包括 壓電堆疊；致動(dòng)銷，用于與所述壓電堆疊的第 一 端連接的待移動(dòng)表面接觸； 安裝銷，用于保持連接到所述壓電堆疊的第二端的移動(dòng)致動(dòng)裝置 支架；和導(dǎo)電涂層，該涂層設(shè)置在所述安裝銷上并至少部分地延伸到所述 壓電堆疊上以提供到所述壓電堆疊的電連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的位移致動(dòng)器裝置，還包括插座，包含導(dǎo)電彈簧加載的接觸器，所述安裝銷-堆疊-致動(dòng)銷連 接裝置能夠插入到所述接觸器中，從而使它的插入為所述壓電堆疊 提供電連接。
全文摘要
一種用于在微流體粒子分選系統(tǒng)中使用的致動(dòng)器，該致動(dòng)器利用多個(gè)致動(dòng)器堆疊排列的方案以選擇地使相聯(lián)的分選通道中的粒子從通道流偏轉(zhuǎn)。致動(dòng)器塊用來容納二維陣列的致動(dòng)器，每個(gè)致動(dòng)器被構(gòu)造成與相聯(lián)的包含多個(gè)分選通道的分選芯片中的致動(dòng)端口對(duì)準(zhǔn)。所述致動(dòng)器塊可以包括內(nèi)置應(yīng)力部件以為每個(gè)由所述塊容納的致動(dòng)器預(yù)加應(yīng)力。包括壓電堆疊的致動(dòng)器可以采用接觸式電連接而不是焊接的電線以提高排列密度。所述致動(dòng)器可以是外部致動(dòng)器。即，該外部致動(dòng)器是位于其內(nèi)形成有所述分選通道的基片外部。
文檔編號(hào)B07C5/34GK101460260SQ200780019958
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者A·約翰遜, B·邦納, H·劉易斯, J·R·吉爾伯特, M·德施潘德 申請(qǐng)人:賽托諾姆公司