[发明专利]具有纵向变换器和可替换毛细管的压电分配器

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2011年11月11日提交的题为“具有纵向变换器和可替换毛细管的压电分配器”的第13/294,889号美国专利申请以及于2011年1月21日提交的题为“压电分配器”的第61/461,664号美国临时专利申请的优先权，这两个专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明通常涉及用于获得和分配预定体积的液体的方法和系统，更具体地但非排它地涉及用于分配和传输体积通常为微微升至纳升的呈单个微滴或多个液滴形式的小体积流体的方法和压电装置。

背景技术

传统的压电分配装置具有通常完全由压电致动器围绕并结合至压电致动器的管以制造微滴。压电致动器被致动以将声压传输到管中的液体中并穿过该液体。声压穿过液体传播并传播至管的分配开口。这样导致微滴从该装置排出。

这种传统装置具有多个缺点。一个缺点是其操作高度取决于将被分配的具体液体的特征和特性。因此，不利地，分配参数（如微滴尺寸）不能独立地控制，并且必须采取多种补充测量，这样会增加费用和降低效率。

此外，为了向管中的液体传输压力以分配微滴，需要由压电致动器作用相对的力（能量）。这样不仅增加了系统和运行成本，而且还不期望地导致液体的退化、损坏和变性。此外，这样还限定了致动器的工作频率，因为较高的频率也可致使液体退化、损坏或变性。向液体传输较高的压强可导致在液体中形成气泡，这样会不期望地致使步准确的分配，以及其他不期望的操作复杂化。

这种传统装置的另一缺点是压电致动器在结构上结合至管。因为许多使用这种装置的分配应用包括使用多种液体，例如但不限于基因组学和蛋白质组学的领域，这些装置不能向包括处理多种小量液体（例如生物学试剂和化学试剂）的系统提供有效的且成本有效的方法。

通常，解决这种情况存在两中选择，但没有一种是令人满意的。一种是简单地丢弃压电管装置并使用新的压电管装置以用于其它液体的另外的处理。压电致动器是相对昂贵的部件，在一次使用之后将其丢弃不利地增加成本-假定一些应用可包括处理数百种或数千种（如果不是更多种）不同液体。

第二种选择为在每次使用之后冲洗和清洁分配管以防污染。首先，在总过程的效率和成本方面，这样会不期望地向液体处理增加额外的步骤。其次，尽管具有严格的冲洗或清洁程序，但是总是存在交叉污染的风险。

发明内容

本发明的某些实施方式的一个优点是提供包括压电分配器或分配装置的系统、装置和方法，其中压电分配器或分配装置被配置以使得分配管和压电致动器是可分离的。这样允许移除和替换管以用于之后的使用。期望地，这种具有可分离的管的实施方式不但消除了对来自之前使用的留下材料污染风险和清洁的需要，而且有利地增加系统效率并且是成本有效的。

本发明的某些实施方式提供了纵向变换器或传输装置，以及相关的操作方法，以用于将径向运动传输至或转换至轴向或纵向运动。纵向变换器通常包括压电致动器或装置，其可操作地联接至管等。压电致动器由电压脉冲致动以使得管进行径向朝内的运动并产生穿过管壁的声压或应力波，该声压或应力波导致管的远端尖端处管壁的位移或轴向或纵向运动。换句话说，致动器被致动使得远端尖端轴向地延伸并且然后在致动器和/或其脉冲不起作用时轴向地收回至其原始形态，即远端尖端振动。当提供多种脉冲时，远端尖端响应于每个脉冲周期而振动。

本发明的某些实施方式提供包括液体分配器或分配装置的系统、装置以及方法，其中液体分配器或分配装置包括和/或包含具有压电致动器的纵向变换器，如本文中公开的，压电致动器用于将分配管的径向运动传输至或转换为轴向或纵向运动，从而致使微滴在管的远端尖端处从孔或排出孔分配。如本文中所公开的，一些实施方式被配置，以使得分配管与压电致动器是可分离的。

利用纵向变换器的分配实施方式的一些优点包括但不限于：因为最小或可以忽略的力、压强作用在分配管中的液体上，如上所述的与传统分配装置相关联的一些问题被减轻或基本消除，如基本上不考虑液体特性或特征的独立性和更大的分配柔性，大体上避免与不希望的气泡形成和液体的变性、损坏以及退化相关联问题，以及能够在更高的频率下操作等。

本文中公开的分配器或分配装置的一个示例性应用涉及用于遗传工程使用的DNA阵列的生产，其中通过小的微滴尺寸实现了高克隆密度，根据本发明实施方式的压电操作的分配器尤其适用。本发明的实施方式尤其有利于用于筛选过程的工作拷贝的生产，例如在制药工业中用于微阵列生产或用于繁殖实验的生产。