[發明專利]微分配裝置和自動微分配方法

有效

• 申請號: 201710700710.9
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107765022B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 邁克爾·克林格;克里斯托弗·拉斯克
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: G01N35/04
• 分類號: G01N35/04;G01N35/10;G01N21/39;C12M1/00;B01L3/00;C12M3/00;C12M1/36
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;王雯吉

本發明公開了微分配裝置和自動微分配方法，其中借助特定的光屏障單元，通過配量液體的光學控制，來分配來自多通道微分配裝置的少量液體的方法和手段，適用于生物試驗中的自動處理以及細胞和組織培養。

技術領域

本發明涉及利用多通道微分配裝置(multi-channel microdispensing device)來可控地自動分配少量液體的方法和手段，適用于生物試驗以及細胞和組織培養的自動化方法。

背景技術

利用自動化的微分配機器人自動計量(英文為：metering)少量液體已經被熟知。借助這種設備，液體介質，所謂的“生物液體”例如細胞懸浮液、細胞培養介質、活性物質和/或試驗物質自動計量到目標容器或基體中。典型的應用是生物試驗和自動化的細胞和組織培養(“單細胞技術、single cell technology”，“組織工程、tissue engineering”)。通常目標容器為用于系列測試以及用于高通量工藝的多細胞培養容器，所謂的微滴定板或多井板，通常為SBS格式。這具有多個單個容器或井(“wells”)的規則排列，大多是24或96個在一共同的載體上。在已知的微分配器中，各個目標容器通過移液機器人串行處理，或者通過多個并列的計量通道并行處理。每個計量通道通過單獨可控的針或噴嘴形成在微分配裝置上。

這種多通道微分配裝置的一般操作方式基于以下這樣的事實，要計量的液體量通過恒壓或通過單個的壓力脈沖從噴嘴、移液通道尖端或針擠出。從而從噴嘴尖端分別分離液滴或液噴束或噴出物。移液通道、噴嘴或針在使用中大多放置在目標容器的上方，這樣使得液滴或液噴束垂直向下落。I-DOT納米配量技術(“immediate drop on demandtechnology，按需即時下降技術”,弗勞恩霍夫生產工程與自動化研究所IPA)是一種納升和微升領域中用于自動處理流體(“liquid handling”)的高通量方法。其中液滴可反復地直接和不接觸地從例如96-通道分配板計量到任意目標基體，特別是位于下方的微滴定板。作為配量板可以是例如SBS格式的96-孔微滴定板，它的特點是在井底有小穿孔。這個穿孔在那里分別形成配量噴嘴。穿孔的直徑如此小，以至于穿孔中的毛細通道壓比井中的液體的靜壓高。穿孔作為一種閾值閥。如果井中的壓力通過在每個井上可氣密性裝配的致動器(配量頭)瞬間迅速增長，液體就可以從噴嘴漏出。借助例如八倍平行的配量頭，可以從接受器的一排互相并置的井中，通過他們的波紋板實現重復率上至600Hz的重復。如此實現了體積范圍為10nl到100μl的通量。

在基于另一種技術的多通道微分配裝置(多點微分配系統，如賽默飛世爾科技的Multidrop^TM Combi Reagent Dispenser)中，相鄰的平行的移液通道尖端或空心配量針，分別通過柔性配量軟通道給料。每個計量軟通道都連接于一精確的帶有步進馬達的蠕動泵，這將待配量的液體精確地供給和配量到配量軟通道。例如，每一觸發的計量步驟輸送體積為0.5μl的液滴或液噴束分配，具有上至20Hz的重復率。合適的計量范圍為0.5μl至大約5000μl。

然而，在實際應用中，在單個的配量通道上，也就是在移液通道或針或噴嘴上，受到污染的限制或由于磨損或材料錯誤，可能在計量過程中出現不均勻或故障。在這種情況下，可能出現的是，液滴不再正確地形成，以及液滴或液噴束不再準確地在理想方向上從配量噴嘴釋放，理想方向優選指的是垂直地。在極端情況會出現，單個或多個觸發的配量完全消失或不到達或不完全到達目標容器。這導致了錯誤配量。這種配量錯誤目前只能通過手動以及通過配量過程的抽樣觀察或者通過檢查目標容器的配量結果來識別。問題是，在自動化高通量設備中，這樣的手動控制不實際。錯誤配量目前必須當做系統性不確定性來看待，這顯著地影響了培養結果或檢查結果，降低了整個裝置的產量和效率或損害了生物試驗的說服力。因此，全自動系統是值得期望的，其液體配量的方式和質量能夠完全監控并且評價。理想情況下液滴或液噴束的輸送角度與理想方向的偏差應該可以識別并且更有利地是可以量化。同樣地，對配量通道的液體釋放的連續的定性和定量監測旨在使操作期間能夠采取適當的措施，而不需要操作人員的手動干預。

發明內容