可填充移液管流体储液器本体、以及数字流体分配系统

技术领域

本公开涉及化学含量测定或生物含量测定(例如，药物甄别(drug screening))，且具体来说涉及用于廉价的流体沉积器件中的化学含量测定应用及生物含量测定应用的改善的流体储液器本体以及数字流体分配系统。

背景技术

特别是在医学领域，需要自动化的样本制备及分析。所述分析可为比色分析，或者可要求对样本进行染色，以便在显微镜下更好地观察样本。此种分析可包括药物样本分析、血液样本分析等。举例来说，血液含量测定分析提供用于确定个体健康的诸多不同因素。当有大量患者需要血液样本分析时，所述流程可能极为耗时。对于含量测定分析(例如药物甄别)，期望沉积极少量的目标试剂来评估其对样本的效果及性能。传统上，使用手动制动移液器或机电致动移液器将微量物质沉积到这些含量测定样本中。针对含量测定分析而生成的测试流体的总体积，取决于相对于最少的试剂来说实现期望的试剂比率的能力。由于移液器的小规模体积限制，常常需要产生过量的测试流体来实现适当的试剂比率。

众所周知，热喷墨技术(thermal inkjet technology)能够精准地分派射流流体(jetting fluid)的皮升(picolitre)大小的小滴。喷墨技术提供的精度及速度使其有望成为在减少浪费的样本量的同时提高含量测定分析的产量的候选技术。在传统的热射流打印机中，射流流体通常在到达最终用户之前被预填充到打印头中。然而，在期望现场生成测试溶液的生命科学领域中使用完全预填充筒(prefilled cartridge)是不切实际的。

尽管喷墨打印可为进行化学及生物含量测定分析的可行方法，然而目前市场上的喷墨打印产品使用专用打印机及特殊设计的打印头，此对于一些研究人员来说成本过高。为降低制造成本及最终用户的成本，期望使用预先存在的标准喷墨打印机而不是特殊设计的打印系统。为能够在生命科学领域中使用标准喷墨打印机，有必要修改打印头流体储液器本体，以使得在使得流体储液器本体能够容易地填充客制的射流流体的同时维持预先存在的流体储液器形状因数。

当使用喷墨打印技术时，来自喷射头的流体的最大流速取决于微机电系统及喷射头的设计，喷射头的流体筒的最大体积取决于流体储液器大小及防止流体从喷射头垂落(drooling)的能力。垂落(或溢流(flooding))是用来阐述射流流体持续不断地被搅混到喷射头上的用语。流体从喷射头垂落是由流体性质、喷射器芯片化学性质及储液器内的射流流体的液体静压(hydrostatic pressure)导致。在未对储液器中的流体进行背压控制的情况下，喷射头将被相当地限制成可容纳在流体储液器中而不会出现垂落的液体体积。尽管可填充移液管流体喷头主要适用于小的试剂体积，然而有时可能期望其分配大体积的流体，例如施用缓冲溶液。

发明内容

鉴于前述内容，本公开的实施例提供一种可填充移液管流体储液器本体，附接有流体喷射头衬底。所述可填充移液管流体储液器本体包括：位于所述可填充移液管流体储液器本体中的两个或更多个离散的流体腔室(discrete fluid chamber)，其中，所述两个或更多个离散的流体腔室中的至少一个包含压力补偿器件，且所述两个或更多个离散的流体腔室中的至少另一个不含压力补偿器件，所述两个或更多个离散的流体腔室中的每一个与流体供应通路进行流体流动连通，且所述两个或更多个离散的流体腔室中的每一个具有侧壁及附接到所述侧壁的底壁，其中所述底壁朝所述流体供应通路倾斜；以及喷射头支撑面，设置成：与所述两个或更多个离散的流体腔室进行流体流动连通，用于将流体喷射器件附接到所述喷射头支撑面，以从所述两个或更多个离散的流体腔室喷射流体。

在一些实施例中，倾斜的所述底壁相对于与所述侧壁正交的平面具有介于从约6度到约12度的范围内的角度。

在一些实施例中，所述可填充移液管流体储液器本体包括：位于所述可填充移液管流体储液器本体中的四个流体腔室，其中，所述四个流体腔室通过位于所述四个流体腔室之间的分隔壁而彼此隔开。

在一些实施例中，所述可填充移液管流体储液器本体是透明流体储液器本体。

在一些实施例中，所述可填充移液管流体储液器本体还包括：位于所述可填充移液管流体储液器本体上的标记，用于指示不含所述压力补偿器件的流体腔室中的每一个的最大流体填充体积。

在一些实施例中，还包括：盖体，以固定方式或可移除方式，与包含所述压力补偿器件的所述流体腔室中的每一个相邻地附接到所述可填充移液管流体储液器本体。在一些实施例中，所述盖体还包括：铰接盖体区段(hinged cover section)，设置在不具有压力补偿器件的一个或多个离散的流体腔室之上。在一些实施例中，所述盖体还包括：位于所述盖体中的通气通道。

在一些实施例中，还包括：可移除条带，用于覆盖包含所述压力补偿器件的流体腔室、不含所述压力补偿器件的流体腔室、或者所述可填充移液管流体储液器本体中的所有流体腔室。

在一些实施例中，不含所述压力补偿器件的离散的流体腔室中的每一个，具有：介于从约200微升到约1毫升的范围内的流体体积。

在一些实施例中，不含所述压力补偿器件的所述一个或多个离散的流体腔室中的每一个还包括：搁板(shelf)，用于指示流体填充体积极限。

在一些实施例中，所述两个或更多个离散的流体腔室中的包含所述压力补偿器件的至少一个还包括：流体过滤器，设置在所述压力补偿器件与所述流体供应通路之间。

在一些实施例中，所述可填充移液管流体储液器本体包括：与不含所述压力补偿器件的所述一个或多个离散的流体腔室相邻的半透明模制流体储液器本体。在其他实施例中，所述可填充移液管流体储液器本体还包括：位于所述可填充移液管流体储液器本体上，且位于所述可填充移液管流体储液器本体的透明区域中的标记，用于指示不含所述压力补偿器件的所述一个或多个离散的流体腔室的最大流体填充体积。

在一些实施例中，提供一种数字流体分配系统，包括：可填充移液管流体储液器本体，附接有流体喷射头衬底。所述可填充移液管流体储液器本体包括：位于可填充移液管所述流体储液器本体中的两个或更多个离散的流体腔室，其中，所述两个或更多个离散的流体腔室中的至少一个包含压力补偿器件，且所述两个或更多个离散的流体腔室中的至少另一个不含压力补偿器件，所述两个或更多个离散的流体腔室中的每一个与流体供应通路进行流体流动连通，且所述两个或更多个离散的流体腔室中的每一个具有侧壁及附接到所述侧壁的底壁，其中所述底壁朝所述流体供应通路倾斜；以及喷射头支撑面，设置成：与两个或更多个离散的流体腔室进行流体流动连通，用于将流体喷射器件附接到所述喷射头支撑面，以从所述两个或更多个离散的流体腔室喷射流体。

所公开实施例的优点在于，提供用于数字分配流体的独特的低成本筒，所述筒可用于各种流体分配应用且可适用于各种各样的待分配流体。所述筒还具有提供至少一个压力补偿腔室的优点，所述压力补偿器件可由用户预填充或填充以提供相对大体积的测试流体。流体腔室中的至少一个中的压力补偿使得能够充分利用流体腔室的体积，而不会有流体从喷射头垂落并使喷射头的流体溢流。因此，压力补偿防止流体从喷射头垂落，所述垂落会对喷射头分配流体的性能造成不利影响。在使用时可使用移液管对非压力补偿流体腔室进行填充，以提供预定量的将从喷射头喷射的流体。

与针对每一流体储液器使用单独的流体喷射头芯片的产品不同，单个流体喷射头芯片附接到筒的本体且被用于多个流体储液器。使用单个流体喷射头芯片会改善从喷射头排出的流体小滴的位置精确度。

附图说明

图1是根据本公开实施例的数字流体分配系统的透视图(未按比例绘制)。

图2是与图1所示数字流体分配系统一起使用的载玻片及微井板的适配器的透视图(未按比例绘制)。

图3是根据本公开实施例的可填充移液管筒的透视图(未按比例绘制)。

图4是图3所示可填充移液管筒的分解透视图(未按比例绘制)。

图5是图3所示可填充移液管筒的俯视平面图(未按比例绘制)，其示出位于可填充移液管筒中的过滤塔(filter tower)。

图6是图3所示可填充移液管筒的俯视平面图(未按比例绘制)，其中盖体附接在筒的压力补偿腔室之上。

图7是图3所示可填充移液管筒的俯视平面图(未按比例绘制)，其示出筒的流体腔室中的流体通路。

图8是图3所示可填充移液管筒的剖视正视图(未按比例绘制)，其示出流体腔室的倾斜底壁。

图9是图3所示可填充移液管筒的仰视透视图(未按比例绘制)，其示出位于可填充移液管筒上的可移除条带。

图10到图11是图3所示可填充移液管筒的俯视透视图(未按比例绘制)，其示出根据本公开实施例的铰接盖体。

图12到图13是图10及图11所示可填充移液管筒的铰接盖体的特写透视图(未按比例绘制)。

图14是根据本公开的替代可填充移液管筒的侧视图(side elevational view)。

图15到图20是根据本公开实施例的包含不同流体的可填充移液管筒的示意性例示图。

具体实施方式

参照图1到图2，示出用于将一定量的一种或多种流体精确地分配到衬底上的数字流体分配系统10。与高端数字分配器件不同，本发明的数字流体分配系统10是基于在第一方向x上前后移动的喷射头及在流体分配操作期间使衬底在与第一方向正交的第二方向y上前后移动的托盘14。所公开的数字流体分配系统10可接受敞开的分配头及封闭的分配头，而不仅是敞开的分配头。托盘14适用于各种各样的衬底，包括但不限于微井板、载玻片、电子电路板等。图2示出托盘14，托盘14用于保持其中包含井42的微井板38，以便与数字流体分配系统10一起使用来将流体分配到微井板的井42中或载玻片上。托盘14可包括适配器，所述适配器用于不同大小的微井板或用于保持载玻片或其他衬底，以在载玻片或其他衬底上沉积流体。

具有流体喷射头的分配头筒及筒移动机构，被包含在矩形棱柱形状盒18中。激活开关20被包含在盒18上，用于激活数字流体分配系统10。盒18的后侧包括开口，用于使托盘14在第二方向上移动而通过盒18，以将流体分配到衬底上。在盒18上提供通用串行总线(universal serial bus，USB)端口，以将数字流体分配系统10连接到计算机或数字显示器件。电力通过盒18上的电力输入端口，而提供到数字流体分配系统10。

在图3到图20中示出与图1所示的数字流体分配系统10一起使用的流体筒及其组件。图3是根据本公开一个实施例的可填充移液管流体筒50的透视图(未按比例绘制)。本文中阐述的可填充移液管流体筒50的优点在于，筒50具有与传统喷墨打印机筒的大小尺寸实质上相同的大小尺寸。因此，上述数字流体分配系统10也可包括传统的喷墨打印硬件及软件，适以使包含微井板38或载玻片的托盘14移动通过数字流体分配系统10。

如图4的分解图中所示，筒50具有模制本体52，所述模制本体52中提供有两个或更多个流体腔室54A、54B、54C及54D。流体腔室54A到54D中的至少一个包含压力补偿器件56，例如，三聚氰胺泡沫(melamine foam)或毛毡插入件(felt insert)或弹簧辅助气囊(spring-assisted bladder)(未示出)。在图4中所示的实例中，流体腔室54C及54D中的每一个包含压力补偿器件56。在一些实施例中，流体腔室54C及54D还包含：附接到过滤塔62C到62D(图5)的流体过滤器60，所述流体过滤器60与压力补偿器件56及用于向流体喷射头84提供经过滤流体的流体供应通路进行流体流动连通。在其他实施例中，流体腔室54C或54D中的仅一个包含压力补偿器件56。在其他实施例中，存在：包含压力补偿器件56的单个流体腔室54C。在其他实施例中，所述筒包含：含有压力补偿器件56的三个腔室及不含压力补偿器件的一个腔室。出于简单的目的，将阐述具有包含压力补偿器件的两个腔室54C及54D以及不含压力补偿器件的两个腔室54A及54B的筒50。

为防止流体从压力补偿流体腔室54C及54D泄漏、蒸干或溢出，盖体58以固定方式或可移除方式附接到流体筒50的本体52。在一些实施例中，盖体58可为卡扣适配(snap-fit)盖体或压配(press-fit)盖体58。在其他实施例中，在使用流体填充腔室54C及54D之后，盖体58可永久地附接到模制本体52。因此，流体腔室54C及54D可预填充有测试流体或缓冲流体，例如，磷酸盐缓冲盐水(phosphate-buffered saline，PBS)或任何其他常见的生化测试流体。如果使用可移除盖体58，则使用者可在使用筒50之前，使用缓冲流体或测试流体填充腔室54C及54D。可在使用筒50时，使用来自移液管的流体，对不含压力补偿器件56的其余流体腔室54A及54B中的一个或多个进行填充和/或再填充。

图6及图7是筒50的其中盖体58处于合适位置以及不处于合适位置的俯视图。在图6及图7中可看出，存在与腔室54A到54D中的每一个相关联的流体供应通路64A、64B、64C及64D。如图5中所示，流体供应通路64C及64D与过滤塔62C及62D进行流动连通。分隔壁66A及66B将腔室54A到54D彼此隔开。腔室54A到54D中的每一个的底壁朝流体供应通路64A到64D倾斜。图8是筒50的前端剖视图，其示出腔室54A及54B的底壁的斜度。底壁70A及70B相对于x方向及y方向上的水平面的斜度也可介于从约4度到约20度的范围内，例如，相对于与分隔壁66A正交的x方向及y方向上的平面介于从约6度到约12度的范围内。

再次参照图6，盖体58还可包含蛇形(serpentine)空气流动路径72，以帮助在存储及使用筒期间从被覆盖的腔室54C及54D通气，从而防止腔室54C及54D的超压(over-pressurization)。空气入口74C及74D提供腔室54C及54D与空气流动路径72之间的空气流动连通。空气流动路径通常由不可移除的条带76(图4)覆盖。空气流动路径72的终端78通向大气。

再次参照图4，拉拔条带(pull tape)80以可移除方式附接到筒50，以在筒50的装运及存储期间，覆盖敞开的流体腔室54A及54B。拉拔条带80附接到在使用筒50之前覆盖喷射头84的喷射头保护条带82。喷射头84与流体供应通路64A到64D相邻地附接到筒本体52且附接到向喷射头84提供电力的柔性电路86。柔性电路86也附接到筒本体52的前侧。图9提供筒50的仰视图，其中拉拔条带80、喷射头条带82、喷射头84及柔性电路86附接到筒本体52。

在另一实施例中，如图10到图13中所示，具有铰接部分90A及固定部分90B的盖体90，附接到上述筒50的本体52。铰接部分90A被配置成覆盖移液管腔室54A及54B，以保护所述腔室免受灰尘及碎屑的影响。如果高挥发性流体被添入到腔室54A或54B中，则铰接部分90A也可防止或减少流体从腔室的蒸发。盖体90的铰接部分90A可卡扣适配或压配到筒50的本体52。如图12中所示，当腔室54A及54B使用铰接部分90A密封时，铰接部分90A位于与盖体90的固定部分90B相同的平面内。因此，盖体部分90A与盖体部分90B具有实质上相同的厚度。然而，在部分90A与部分90B接合的位置，盖体材料被薄化以提供铰链92A及92B，如图13中所示。在其他实施例中，也可使用单个宽铰链而不是两个铰链，如图所示。因此，整个盖体90也可由单一弹性塑料材料模制而成。盖体的固定部分90B也可焊接或胶粘到筒的本体52，或者在一些实施例中，也可利用可移除方式附接到筒的本体52。在使用期间，铰接部分90A也可向上翻转，使得流体可被移液到腔室54A和/或54B中。

在一些实施例中，如图14中所示，筒本体100也可由透明材料或半透明材料制成，使得在腔室被盖体90覆盖时可确定腔室54A到54D中的流体水位。因此，标记102也可被刻蚀或以其他方式刻在筒本体100的外侧壁上，从而可容易地确定腔室54A到54D中的流体水位。

图15到图20示意性地示出使用上述可填充移液管筒的方法。图15示出包含至少一个封闭的压力补偿腔室106的筒104的示意性侧视图。压力补偿腔室106包括三聚氰胺泡沫或毛毡或气囊，以提供对腔室106中的流体的背压控制。腔室106与喷射头84进行直接流体连通，且预填充或现场填充有流体107。如图所示，移液管108可用于使用流体112填充敞开腔室110。图16是筒104的俯视平面图，其示出包含流体107的压力补偿腔室106及包含移液流体112的敞开腔室110。因此，当特定分析仅需要两种流体时，也可使用筒104。应理解，腔室106也可为两个腔室而不是单个腔室，所述两个腔室均包含上述压力补偿器件。

在图17中，筒200具有三个流体腔室。筒200包括：包含压力补偿器件及预填充或用户填充的流体204的单封闭腔室或双封闭腔室202、以及用于来自移液管器件108的移液流体210及212的敞开腔室206及208。

图18到图20示出用于喷射3种或4种不同的流体的以上筒的变型。筒300包含封闭的压力补偿腔室302及304，如图5中所示，压力补偿腔室302及304可通过与腔室302及304相关联的流体通路而从过滤塔被预填充或现场填充有不同的流体306及308。腔室310及312也可从移液管器件108填充有流体314及316。

图19示出用于喷射三种不同流体的筒400。筒400包含：封闭的压力补偿腔室402及404，压力补偿腔室402及404可预填充或现场填充有流体406及408。与图18中的实施例不同，腔室410也可为封闭腔室，其具有从压力补偿腔室402通向分配流体406的过滤塔及过滤器。在所述情形中，存在用于来自移液管108的流体414的单个敞开腔室412。因此，上述盖体90可被修改成具有可在腔室412之上敞开的单个铰接部分。在其他实施例中，腔室410及412这二个均是敞开腔室，且在使用筒时流体406被移液到腔室410中。

图20示出用于从可填充移液管筒500喷射三种不同流体的替代实施例。筒500包含：封闭的压力补偿腔室502及504，压力补偿腔室502及504可预填充或现场填充流体506。如上所述，可使用来自移液管108的流体512及514填充敞开腔室508及510。应理解，所属领域中的技术人员可在前述说明的范围内考虑可填充移液管筒的其他变型。

在一些实施例中，包含上述可填充移液管筒的数字流体分配系统10，也可用于将流体沉积到微井板中。对用于实验的微井板进行填充，可能是耗时的人工任务。期望能够同时将流体沉积到多个井中，以减少制备微井板所需的时间。存在传统的数字流体分配系统，然而传统系统具有沿着单个轴线以线性方式排列的分配头。包含流体喷射器的分配头芯片被单独放置在此种分配头上。本公开通过在单个喷射头芯片184上对以二维矩阵设置的多个流体喷射器阵列进行组合来提供改善的数字流体分配系统10。此种二维矩阵能够显著减少对微井板中的井进行填充的时间。由于包含流体喷射器的二维阵列的喷射头是通过光刻技术形成的而不是机械地将各别喷射头放置到喷射头衬底上，因此，二维矩阵还可改善流体喷射器与微井板之间的配准。

因此，根据本公开的数字流体分配系统10可用于使用上述流体筒将流体沉积到微井板的井中、载玻片上、电路板衬底上或其他衬底上。包含多个流体喷射器阵列的喷射头芯片84提供改善的配准精确度，从而使得能够更精准地填充微井板、将小滴放置在载玻片上或在电路板衬底上沉积流体。

尽管前述实施例具体阐述了具有一个到四个流体腔室的流体筒，然而应理解，每一流体筒也可被配置成分配单种流体或者两种或更多种不同的流体。

应注意，除非明确且不含糊地限于一个指示物，否则本说明书及随附的权利要求中使用的单数形式“一(a/an)”及“所述(the)”包括多个指示物。本文中所使用的用语“包括(include)”及其语法变体旨在为非限制性的，从而使得对系列中项的陈述不排除可被替换或添加到所列项中的其他类似项。

出于本说明书及随附权利要求的目的，除非另有指示，否则在本说明书及权利要求中使用的表示数量、百分比或比例的所有数字以及其他数值被理解为在所有情形中均由用语“约(about)”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在以下说明书及随附权利要求中阐述的数值参数是可依据寻求通过本公开获得的所期望性质而变化的近似值。至少且不试图将等效原则的应用限制于权利要求的范围，每一数值参数应至少根据所报告有效数字的数目且通过应用普通舍入技术来解释。

尽管已阐述特定实施例，然而申请人或所属领域中的其他技术人员可想到目前无法预见或目前可能无法预见的替代形式、修改、变化、改进及实质性等效形式。因此，所提交的且可由他们修正的随附权利要求旨在囊括所有此种替代形式、修改、变化、改进及实质性等效形式。