[发明专利]微分配装置和自动微分配方法

说明书

本发明公开了微分配装置和自动微分配方法，其中借助特定的光屏障单元，通过配量液体的光学控制，来分配来自多通道微分配装置的少量液体的方法和手段，适用于生物试验中的自动处理以及细胞和组织培养。

技术领域

本发明涉及利用多通道微分配装置(multi-channel microdispensing device)来可控地自动分配少量液体的方法和手段，适用于生物试验以及细胞和组织培养的自动化方法。

背景技术

利用自动化的微分配机器人自动计量(英文为：metering)少量液体已经被熟知。借助这种设备，液体介质，所谓的“生物液体”例如细胞悬浮液、细胞培养介质、活性物质和/或试验物质自动计量到目标容器或基体中。典型的应用是生物试验和自动化的细胞和组织培养(“单细胞技术、single cell technology”，“组织工程、tissue engineering”)。通常目标容器为用于系列测试以及用于高通量工艺的多细胞培养容器，所谓的微滴定板或多井板，通常为SBS格式。这具有多个单个容器或井(“wells”)的规则排列，大多是24或96个在一共同的载体上。在已知的微分配器中，各个目标容器通过移液机器人串行处理，或者通过多个并列的计量通道并行处理。每个计量通道通过单独可控的针或喷嘴形成在微分配装置上。

这种多通道微分配装置的一般操作方式基于以下这样的事实，要计量的液体量通过恒压或通过单个的压力脉冲从喷嘴、移液通道尖端或针挤出。从而从喷嘴尖端分别分离液滴或液喷束或喷出物。移液通道、喷嘴或针在使用中大多放置在目标容器的上方，这样使得液滴或液喷束垂直向下落。I-DOT纳米配量技术(“immediate drop on demandtechnology，按需即时下降技术”,弗劳恩霍夫生产工程与自动化研究所IPA)是一种纳升和微升领域中用于自动处理流体(“liquid handling”)的高通量方法。其中液滴可反复地直接和不接触地从例如96-通道分配板计量到任意目标基体，特别是位于下方的微滴定板。作为配量板可以是例如SBS格式的96-孔微滴定板，它的特点是在井底有小穿孔。这个穿孔在那里分别形成配量喷嘴。穿孔的直径如此小，以至于穿孔中的毛细通道压比井中的液体的静压高。穿孔作为一种阈值阀。如果井中的压力通过在每个井上可气密性装配的致动器(配量头)瞬间迅速增长，液体就可以从喷嘴漏出。借助例如八倍平行的配量头，可以从接受器的一排互相并置的井中，通过他们的波纹板实现重复率上至600Hz的重复。如此实现了体积范围为10nl到100μl的通量。

在基于另一种技术的多通道微分配装置(多点微分配系统，如赛默飞世尔科技的Multidrop^TM Combi Reagent Dispenser)中，相邻的平行的移液通道尖端或空心配量针，分别通过柔性配量软通道给料。每个计量软通道都连接于一精确的带有步进马达的蠕动泵，这将待配量的液体精确地供给和配量到配量软通道。例如，每一触发的计量步骤输送体积为0.5μl的液滴或液喷束分配，具有上至20Hz的重复率。合适的计量范围为0.5μl至大约5000μl。

然而，在实际应用中，在单个的配量通道上，也就是在移液通道或针或喷嘴上，受到污染的限制或由于磨损或材料错误，可能在计量过程中出现不均匀或故障。在这种情况下，可能出现的是，液滴不再正确地形成，以及液滴或液喷束不再准确地在理想方向上从配量喷嘴释放，理想方向优选指的是垂直地。在极端情况会出现，单个或多个触发的配量完全消失或不到达或不完全到达目标容器。这导致了错误配量。这种配量错误目前只能通过手动以及通过配量过程的抽样观察或者通过检查目标容器的配量结果来识别。问题是，在自动化高通量设备中，这样的手动控制不实际。错误配量目前必须当做系统性不确定性来看待，这显著地影响了培养结果或检查结果，降低了整个装置的产量和效率或损害了生物试验的说服力。因此，全自动系统是值得期望的，其液体配量的方式和质量能够完全监控并且评价。理想情况下液滴或液喷束的输送角度与理想方向的偏差应该可以识别并且更有利地是可以量化。同样地，对配量通道的液体释放的连续的定性和定量监测旨在使操作期间能够采取适当的措施，而不需要操作人员的手动干预。

发明内容