[發(fā)明專利]具有受控制的力分布的用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)圈致動(dòng)器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680041196.2
• 申請(qǐng)日: 2006-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN101507089A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·J·帕特;D·Y·楚;J·賽瑞曼尼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 生物輻射實(shí)驗(yàn)室股份有限公司
• 主分類號(hào): H02K41/00
• 分類號(hào): H02K41/00;H02K33/00;H02K35/00;H02K1/00;H02K17/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 馬 洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于諸如核酸或蛋白質(zhì)之類的生物物種的微型陣列的掃描系統(tǒng)，以 及用于如下任何類型的分析方法的掃描系統(tǒng)：即在設(shè)置成規(guī)則的二維陣列的大量單 個(gè)陣點(diǎn)處進(jìn)行十分快速的照明、觀察和/或檢測(cè)時(shí)的那種類型。具體地說(shuō)，本發(fā)明 涉及作為用于光學(xué)系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)圈致動(dòng)器。

背景技術(shù)

微型陣列是陣點(diǎn)的二維陣列，它們常常是顯微尺度并具有粘附于每個(gè)陣點(diǎn)的不 同的分子結(jié)構(gòu)物種。這些陣列被置于玻璃載片、微量滴定板、薄膜以及其它二維支 承件上，它們的最廣泛的應(yīng)用之一就是用在用于識(shí)別或定性一種未知的生物物種的 鍵聯(lián)分析或者用于具有一定鍵聯(lián)結(jié)合力的其內(nèi)含物的試樣分析中。通常采用高精尖 的印刷方法來(lái)將微型陣列設(shè)置到支承件上，且能做成十分大的規(guī)模。例如，單一塊 玻璃載片就能包含10000個(gè)陣列。在高速進(jìn)行多重復(fù)合試驗(yàn)以獲取定性和定量?jī)煞N 結(jié)果時(shí)微型陣列極其有用。在一種典型的在微型陣列上進(jìn)行的鍵聯(lián)分析中，陣列的 各個(gè)點(diǎn)包含不同的DNA斷片，而整個(gè)陣列被放置成與含有未知DNA的試樣相接 觸，或者與已被標(biāo)示而當(dāng)將之暴露于激勵(lì)光線中時(shí)會(huì)發(fā)出發(fā)光信號(hào)的其它DNA鍵 聯(lián)物種相接觸。然后，用光學(xué)系統(tǒng)的方法來(lái)進(jìn)行激勵(lì)和檢測(cè)，所用的光學(xué)系統(tǒng)通過(guò) 接連地橫過(guò)陣點(diǎn)的各排來(lái)掃描微型陣點(diǎn)，或者使微型陣列相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)而達(dá) 到同樣的結(jié)果，通常采用裝備有激光的掃描頭來(lái)作激勵(lì)。

用于產(chǎn)生掃描頭橫過(guò)二維陣列中的接連的行的來(lái)回運(yùn)動(dòng)的方法之一是采用的 動(dòng)圈致動(dòng)器。動(dòng)圈致動(dòng)器利用眾所周知的勞倫茨力來(lái)提供高速運(yùn)動(dòng)以及高度的可控 性和可變性，并可被制成為符合精密的詳細(xì)規(guī)格。通常用作掃描頭的動(dòng)圈致動(dòng)器是 音圈致動(dòng)器，它是個(gè)直接驅(qū)動(dòng)、有限運(yùn)動(dòng)的裝置，它利用永久磁場(chǎng)和電動(dòng)線圈來(lái)產(chǎn) 生與施加至線圈的電流成正比的力。現(xiàn)時(shí)所用的音圈致動(dòng)器的例子包括美國(guó)加里福 尼亞州圣馬克斯的BEI技術(shù)股份有限公司金科磁性部(Kimco?Magnetics?Division?of BEI?Technologies，Inc.)的產(chǎn)品以及美國(guó)加里福尼亞州瓦倫西亞的H2W技術(shù)股份有 限公司(H2W?Technologies，Inc.)的產(chǎn)品。音圈致動(dòng)器的揭示可在第6,894,408、 6,870,285、6,815,846和6,787,943號(hào)美國(guó)專利中找到。

動(dòng)圈致動(dòng)器可得到其有效性部分地是由于高的力與質(zhì)量比，這會(huì)產(chǎn)生致動(dòng)器和 有效負(fù)載兩者的高的加速度。在掃描器中，有效負(fù)載通常是鏡子和透鏡組件加上任 何必要的支架和承座。力與質(zhì)量比正比于穿過(guò)導(dǎo)線的磁場(chǎng)與導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度的乘 積除以線圈和有效負(fù)載的質(zhì)量。由于線圈中的電阻率隨溫度升高而升高且電流強(qiáng)度 的升高會(huì)引起溫度升高，故最高電流強(qiáng)度受到線圈發(fā)熱所引起的熱量問(wèn)題而有所限 制。因此，熱量的積累對(duì)于致動(dòng)器的效率是很不利的。熱量還能引起所附加的有效 負(fù)載的尺度畸變，而當(dāng)有效負(fù)載包含光學(xué)元件時(shí)，這就會(huì)破壞光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。另一個(gè)影 響動(dòng)圈致動(dòng)器效率的因素是磁體的大小和強(qiáng)度。磁體的成本與所要求的磁場(chǎng)強(qiáng)度和 間隙寬度成正比。

由于線圈相對(duì)于磁極的運(yùn)動(dòng)，致動(dòng)器的力常數(shù)、即每單位輸入電流的電動(dòng)力隨 著線圈沿其移動(dòng)長(zhǎng)度的位置而改變。在線圈和磁場(chǎng)在空間有共同的擴(kuò)展范圍的最簡(jiǎn) 單的音圈致動(dòng)器中，當(dāng)線圈處于其移動(dòng)的中心處時(shí)線圈才完全處在磁場(chǎng)中。因此在 此位置力常數(shù)為峰值，而向著移動(dòng)的兩端力常數(shù)減小。但是，由于在兩端處必須克 服慣性力以使移動(dòng)反向，故在移動(dòng)的兩端處需要最大的力。為了達(dá)到這個(gè)效果，可 采用比磁體長(zhǎng)的線圈或反過(guò)來(lái)磁體比線圈長(zhǎng)來(lái)消除該減小的力，并可限制移動(dòng)的長(zhǎng) 度以使線圈的一定長(zhǎng)度保持在磁場(chǎng)中。這就會(huì)產(chǎn)生兩種構(gòu)型，其一種被稱為是“內(nèi) 懸的(anderhang)”而另一種則被稱為“外伸的(overhang)”。在“內(nèi)懸的”構(gòu)型 中，磁極延伸超過(guò)線圈長(zhǎng)度，以使線圈移動(dòng)經(jīng)過(guò)整個(gè)磁極長(zhǎng)度而不損失磁力線對(duì)線 圈的作用。在“外伸的”構(gòu)型中，線圈延伸超過(guò)磁極，而線圈的運(yùn)動(dòng)范圍從線圈的 一端與磁極對(duì)齊的一個(gè)極限位置延伸到線圈的另一端與磁極對(duì)齊的一個(gè)極限位置 延伸到線圈的另一端與磁極對(duì)齊的另一個(gè)極端位置，盡管都有同樣的長(zhǎng)度處在沿移 動(dòng)長(zhǎng)度的不同的點(diǎn)處的磁場(chǎng)之內(nèi)，但線圈的部分是不同的。內(nèi)懸和外伸構(gòu)型還意味 著線圈移動(dòng)的長(zhǎng)度，也就是沖程。