[發明專利]具有縱向變換器和可替換毛細管的壓電分配器

有效

• 申請號: 201280013546.X
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN103429348A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 耶胡達·艾弗里;托馬斯·C·帝索尼;安東尼·V·萊莫
• 申請（專利權）人: 拜奧-多特公司
• 主分類號: B01L3/02
• 分類號: B01L3/02
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

相關申請的交叉引用

本專利申請要求于2011年11月11日提交的題為“具有縱向變換器和可替換毛細管的壓電分配器”的第13/294,889號美國專利申請以及于2011年1月21日提交的題為“壓電分配器”的第61/461,664號美國臨時專利申請的優先權，這兩個專利申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明通常涉及用于獲得和分配預定體積的液體的方法和系統，更具體地但非排它地涉及用于分配和傳輸體積通常為微微升至納升的呈單個微滴或多個液滴形式的小體積流體的方法和壓電裝置。

背景技術

傳統的壓電分配裝置具有通常完全由壓電致動器圍繞并結合至壓電致動器的管以制造微滴。壓電致動器被致動以將聲壓傳輸到管中的液體中并穿過該液體。聲壓穿過液體傳播并傳播至管的分配開口。這樣導致微滴從該裝置排出。

這種傳統裝置具有多個缺點。一個缺點是其操作高度取決于將被分配的具體液體的特征和特性。因此，不利地，分配參數（如微滴尺寸）不能獨立地控制，并且必須采取多種補充測量，這樣會增加費用和降低效率。

此外，為了向管中的液體傳輸壓力以分配微滴，需要由壓電致動器作用相對的力（能量）。這樣不僅增加了系統和運行成本，而且還不期望地導致液體的退化、損壞和變性。此外，這樣還限定了致動器的工作頻率，因為較高的頻率也可致使液體退化、損壞或變性。向液體傳輸較高的壓強可導致在液體中形成氣泡，這樣會不期望地致使步準確的分配，以及其他不期望的操作復雜化。

這種傳統裝置的另一缺點是壓電致動器在結構上結合至管。因為許多使用這種裝置的分配應用包括使用多種液體，例如但不限于基因組學和蛋白質組學的領域，這些裝置不能向包括處理多種小量液體（例如生物學試劑和化學試劑）的系統提供有效的且成本有效的方法。

通常，解決這種情況存在兩中選擇，但沒有一種是令人滿意的。一種是簡單地丟棄壓電管裝置并使用新的壓電管裝置以用于其它液體的另外的處理。壓電致動器是相對昂貴的部件，在一次使用之后將其丟棄不利地增加成本-假定一些應用可包括處理數百種或數千種（如果不是更多種）不同液體。

第二種選擇為在每次使用之后沖洗和清潔分配管以防污染。首先，在總過程的效率和成本方面，這樣會不期望地向液體處理增加額外的步驟。其次，盡管具有嚴格的沖洗或清潔程序，但是總是存在交叉污染的風險。

發明內容

本發明的某些實施方式的一個優點是提供包括壓電分配器或分配裝置的系統、裝置和方法，其中壓電分配器或分配裝置被配置以使得分配管和壓電致動器是可分離的。這樣允許移除和替換管以用于之后的使用。期望地，這種具有可分離的管的實施方式不但消除了對來自之前使用的留下材料污染風險和清潔的需要，而且有利地增加系統效率并且是成本有效的。

本發明的某些實施方式提供了縱向變換器或傳輸裝置，以及相關的操作方法，以用于將徑向運動傳輸至或轉換至軸向或縱向運動?？v向變換器通常包括壓電致動器或裝置，其可操作地聯接至管等。壓電致動器由電壓脈沖致動以使得管進行徑向朝內的運動并產生穿過管壁的聲壓或應力波，該聲壓或應力波導致管的遠端尖端處管壁的位移或軸向或縱向運動。換句話說，致動器被致動使得遠端尖端軸向地延伸并且然后在致動器和/或其脈沖不起作用時軸向地收回至其原始形態，即遠端尖端振動。當提供多種脈沖時，遠端尖端響應于每個脈沖周期而振動。

本發明的某些實施方式提供包括液體分配器或分配裝置的系統、裝置以及方法，其中液體分配器或分配裝置包括和/或包含具有壓電致動器的縱向變換器，如本文中公開的，壓電致動器用于將分配管的徑向運動傳輸至或轉換為軸向或縱向運動，從而致使微滴在管的遠端尖端處從孔或排出孔分配。如本文中所公開的，一些實施方式被配置，以使得分配管與壓電致動器是可分離的。

利用縱向變換器的分配實施方式的一些優點包括但不限于：因為最小或可以忽略的力、壓強作用在分配管中的液體上，如上所述的與傳統分配裝置相關聯的一些問題被減輕或基本消除，如基本上不考慮液體特性或特征的獨立性和更大的分配柔性，大體上避免與不希望的氣泡形成和液體的變性、損壞以及退化相關聯問題，以及能夠在更高的頻率下操作等。

本文中公開的分配器或分配裝置的一個示例性應用涉及用于遺傳工程使用的DNA陣列的生產，其中通過小的微滴尺寸實現了高克隆密度，根據本發明實施方式的壓電操作的分配器尤其適用。本發明的實施方式尤其有利于用于篩選過程的工作拷貝的生產，例如在制藥工業中用于微陣列生產或用于繁殖實驗的生產。