CN106687221A - 具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器 - Google Patents

具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器 Download PDF

Info

Publication number
CN106687221A
CN106687221A CN201580040999.5A CN201580040999A CN106687221A CN 106687221 A CN106687221 A CN 106687221A CN 201580040999 A CN201580040999 A CN 201580040999A CN 106687221 A CN106687221 A CN 106687221A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capillary
pipe
piezo
activator
distributor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580040999.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106687221B (zh
Inventor
耶胡达·伊夫里
托马斯·C·蒂索内
埃里克·P·国
沙恩·贡萨卢斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Worship Audot Co
Original Assignee
Worship Audot Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Worship Audot Co filed Critical Worship Audot Co
Publication of CN106687221A publication Critical patent/CN106687221A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106687221B publication Critical patent/CN106687221B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0653—Details
    • B05B17/0669—Excitation frequencies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241—Drop counters; Drop formers
    • B01L3/0268—Drop counters; Drop formers using pulse dispensing or spraying, eg. inkjet type, piezo actuated ejection of droplets from capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0653—Details
    • B05B17/0676—Feeding means
    • B05B17/0684—Wicks or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/00364—Pipettes
    • B01J2219/00367—Pipettes capillary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/00378—Piezoelectric or ink jet dispensers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
    • B01J2219/0072—Organic compounds
    • B01J2219/00722—Nucleotides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • B01L2300/0838—Capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

公开了用于输送液体的分配器和方法。分配器可以包括：毛细管，其具有带孔的尖端；压电致动器，其在一位置处耦接至毛细管。压电致动器的致动使得压力波沿毛细管朝向尖端传播，以使得该位置处的径向运动被变换为尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使预定体积的液滴从孔中喷射出。在一些实施方式中，毛细管具有抑制由致动引起的噪声的范围中的弹性模量，并且提供液滴大小的范围上的单个液滴稳定性。

Description

具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器
背景技术
所公开的实施方式总体上涉及用于获取并且分配预定体积的液体的系统和方法，更具体地但不排他地涉及用于以单个液滴或液滴的形式分配并且输送小体积即通常体积在从皮升至纳升的范围内的流体的压电装置和方法。
传统的压电分配装置具有通常完全被压电致动器包围并接合至压电致动器以产生液滴的管。压电致动器的激活将声压传输到管中的液体中并且通过管中的液体。声压传播通过液体并且到达管的分配开口。这引起从装置喷射出液滴。
这样的传统装置具有若干缺点。一个缺点是这样的传统装置的操作高度取决于要分配的特定液体的特性和性质。因此，不利地，不能独立地控制分配参数诸如液滴大小，并且必须采取可能增加成本并降低效率的各种补偿措施。
此外，为了将压力传输至管中的液体以分配液滴，需要由压电致动器来施加相对的力(能量)。这不仅会提高系统和操作成本，而且可能不期望地导致液体的退化、损坏和变性。此外，这还限制了致动器的操作频率，这是因为频率越高也可能使液体退化、损坏或变性。将相对高的压力传输至液体可能会导致在液体中形成气泡，这可能不期望地引起分配不准确性以及其他不期望的操作复杂性。
这样的传统装置的另一缺点是压电致动器结构上接合至管。因为使用这样的装置进行分配的许多应用涉及使用多种液体例如但不限于基因组学和蛋白质组学等的领域，所以这些装置不能向涉及处理小量的多种液体例如生物试剂和化学试剂的系统提供高效且成本有效的方法。
通常，存在解决该情况的两个选择，二者均不可取。一个选择是简单地丢弃压电管装置并且使用新的压电管装置用于进一步处理其他液体。压电致动器是相对昂贵的部件并且在单次使用之后将其丢弃不利地增加了成本——考虑到应用中的一些可能涉及处理数百或数千种(如果不是更多)不同的液体。
第二选择是在每次使用之后冲洗并且清洁分配管以防止污染。首先，这在整个处理的效率和成本方面不利地对液体处理增加附加的步骤。其次，尽管有任何严格的冲洗或清洁程序，但总是存在交叉污染的风险。
发明内容
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成使得分配管和压电致动器为可分离的。这允许移除并且更换管以便随后使用。期望的是，具有可分离管的这样的实施方式不仅消除了清洁的需要以及由于从先前使用而传输的材料剩余引起的污染的风险，而且有利地提高系统效率并且是成本有效的。
某些实施方式提供纵向换能器或传动装置以及用于将径向运动变换或转换成轴向或纵向运动的操作的相关方法。纵向换能器通常包括耦接至管等的压电致动器。通过电压脉冲对压电致动器进行致动引起管的径向向内运动并且产生穿过管壁的声压或应力波，这引起管的远端处的管壁的轴向运动或纵向运动或位移。换言之，致动器的致动使远端轴向延伸，然后在致动器和/或制动器的脉冲停止时轴向地收缩回到制动器的原始形式，即，远端进行振荡。当提供多个脉冲时，远端响应于每个脉冲周期而振荡。
某些实施方式提供了包括液体分配器或分配装置的系统、装置和方法，其中，液体分配器或分配装置包括和/或包含具有如本文中所公开的压电致动器的纵向换能器，该纵向换能器用于将径向运动变换或转换成向分配管的轴向运动或纵向运动，从而使得液滴从管的远端处的孔或排出孔被分配。如本文中所公开的那样，这些实施方式中的一些被配置成使得分配管和压电致动器为可分离的。
使用纵向换能器的分配实施方式的一些优点包括但不限于：因为对分配管中的液体施加最小或可忽略的力、压力，所以与如上所述的传统分配装置相关联的若干问题被缓解或基本上消除——例如，更大的分配灵活性和基本上与液体性质或特性无关的独立性、总体上避免与液体的退化、损坏和变性以及不期望的气泡形成相关联的问题以及在更高频率下进行操作的能力等。
本文中所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用途的DNA阵列的生产，其中，借助于小液滴大小来实现高克隆密度，对于小液滴大小而言，根据所公开的实施方式的压电操作分配器是特别合适的。实施方式可以特别有利于生产用于筛选处理的工作副本，例如在制药工业中用于生产微阵列或用于多重测定。
一些实施方式提供一种压电微分配装置、设备或系统，能够自动或手动地输送小体积通常体积在从皮升到纳升的范围的液体。有利的是，该装置可以在允许重复使用压电致动器的情况下处置分配管。替代地或附加地，装置还可以期望地包括纵向换能器，该纵向换能器用于将径向运动变换或转换成向分配管的轴向运动或纵向运动，从而允许液滴从管的远端处的孔被分配。
在一些实施方式中，分配器包括主体部分或安装支架并且包括管，该管在管的一端处包括分配喷嘴。管可以包括例如但不限于玻璃毛细管。分配器还可以包括用于夹紧到管的外圆周表面或外周表面的压电夹具。压电夹具可以包括两个相对的夹紧装置或夹紧结构或支承结构。第一夹紧装置可以包括压电致动器或换能器，并且第二夹紧装置可以包括预加载、夹紧、保持或偏置机构、装置、组件或结构，以向管施加预定的反作用力。
在一些实施方式中，预加载机构、装置、组件或结构包括预加载螺钉。在其他实施方式中，预加载机构、装置、组件或结构包括弹簧例如叶片弹簧等的预加载组件、提供球等的质量以及用于致动或释放预加载的旋钮或控制杆。
在一些实施方式中，夹具可以进行操作以将管保持在适当位置并且在致动压电致动器或换能器时将声压传输至管的夹紧区域。声压或应力从夹紧区域纵向地传播通过管并且朝向喷嘴传播，随即，至少部分地由于喷嘴区域中的固体流体相互作用，所以管的远端处的轴向位移和/或向喷嘴区域中的流体的声压传输推动、喷射或分配具有预定体积或量的流体的液滴。因此，纵向穿过管壁的波提供管径向运动被变换或转换成朝向管尖端的轴向运动或纵向运动，从而允许液滴从管的尖端处的孔被分配。在一些实施方式中，该波具有大致的正弦或余弦波形、曲线或配置。
在一些实施方式中，在每次使用分配特定液体之后，可以释放夹具以更换管。因此，在每次使用之后，管可以与特定液体一起被设置，而压电夹具与另一个管可以重复使用。有利的是，这提供了压电或压电陶瓷致动器或换能器的经济利用。附加地并且期望地，分配器的这样的布置消除了对清洁管的需要以及由于从装置的先前使用传输的材料剩余引起的交叉污染的风险。
可以准确地并且可靠地分配具有在几皮升至几纳升的范围内例如在大约50皮升至大约1000皮升(1纳升)的范围中的体积的单个液滴，该范围包括50皮升与1000皮升之间的所有值和子范围。
除分配液滴之外，还可以获取流体或将流体吸入到管中。可以通过将管的尖端浸入流体源并且例如使用泵等施加真空来将流体样品获取、吸出或抽吸到管中。根据需要或期望，管的大小可以变化但通常足够小以从标准微量滴定板或微孔盘例如具有大约5mm或更小的正方形或直径尺寸的微孔中抽取流体。
在一些实施方式中，压电致动器包括在输入脉冲DC电压的情况下扩张和收缩的单片共烧陶瓷堆叠。堆叠可以是线性或纵向堆叠，其在堆叠的方向上总体上线性地或纵向地扩张和收缩。压电或压电陶瓷堆叠能够在径向方向上对管施加预定的力。为了防止管的破裂，管可以设置有套筒例如塑料套筒或金属套筒，该套筒使力基本上均匀地围绕管的夹紧区域分布。
一些实施方式指向提供了用于获取并且分配预定体积的液体的系统、装置、方法和技术，并且特别地涉及用于获取并且分配预定体积的液体——特别地但不排他地用于在例如自动或手动生产DNA阵列以及测定时分配并且输送小体积的流体——的独特的压电分配装置，其中，以具有例如从大约几皮升到几纳升范围的体积的单个液滴形式来分配液滴。分配装置或分配器可以在期望地保持压电致动器或换能器进一步用于随后使用的同时有利地使用一次性毛细管组件，从而减少流体的交叉污染的可能性并且提供一种重复使用压电致动器或换能器以用于进一步操作例如分配并且输送各种液体的经济且成本有效的方法。系统或装置可以包括独特的纵向换能器，该纵向换能器将径向管位移或运动变换或转换成管的远端的受控轴向或纵向位移运动。
在本文中所公开的压电分配器的一些实施方式中，压电装置不完全围绕、环绕或包围分配管的外周边，而是仅部分地围绕、环绕或包围。换言之，压电装置位于管的第一侧上，而预加载装置在被包括的情况下位于管的第二基本上相反的第二侧上。在其他实施方式中，在例如那些不包括分配管可以与压电装置分离的配置的实施方式中，压电装置可以基本上完全围绕、环绕或包围分配管的外周边或压电装置可以仅部分地围绕、环绕或包围分配管的外周边。
根据一些实施方式，提供了一种用于输送预定量的液体的分配器。分配器通常包括管、压电装置和预加载装置。管包含要被分配到一个或更多个目标中或上的液体。压电装置可选择性地与管的第一侧相通并且响应于所施加的信号，并且预加载装置可选择性地与通常被布置在管的与第一侧相对的第二侧连通，从而允许管与压电装置分离。
在一些实施方式中，压电装置被配置成使得在被致动时压电装置将大致径向的第一力传递至管。通过电压脉冲对压电致动器进行的致动引起管的径向向内运动并且产生穿过管壁的声压或应力波，这引起管的远端处的管壁的轴向或纵向运动或位移，从而使预定体积的液滴从管中喷射出。当包括预加载装置时，预加载装置可以被配置成向管提供大致反作用力和相反的第二力。
根据一些实施方式，提供了一种输送预定量的液体的方法。该方法通常包括向管提供要分配的液体和与管连通的压电装置。对压电装置进行致动，以使得大致径向的力施加至管并且这会产生纵向应力或压力波，该纵向应力或压力波传播至管的远端并且引起管的远端的轴向位移，以便喷射出预定体积的液体。有利的是，在一些实施方式中，分配管可以用用于分配另一种液体的另一管替换。
在一些实施方式中，本文中所公开的分配系统、装置和方法可以用于在腹腔镜检查时给新生儿输送表面活性剂/局部麻醉剂。在一些实施方式中，本文中所公开的分配系统、装置和方法可以用于将雾化药物输送给人或动物受试者。在一些实施方式中，本文中所公开的分配系统、装置和方法可以用于分配用于微电子制造的化学制品。在一些实施方式中，本文中所公开的分配系统、装置和方法可以用于将惰性油墨印刷到表面、纸张等上。
根据一些实施方式，提供了一种用于将径向位移转换成轴向位移的纵向换能器。纵向换能器通常包括管、线性或纵向压电致动器以及能量源。管具有长度、预定厚度的壁、预定大小或直径的内腔以及在管的远端处的尖端。线性或纵向压电致动器在接近尖端的位置处夹紧到管。能量源被配置成向压电致动器提供至少一个电压脉冲。对压电致动器进行的致动使得压力波从管的近侧位置朝向管的尖端传播，使得管的近侧位置处的径向运动被变换为管的尖端的向远侧延伸的轴向运动。
在一个实施方式中，选择管的电压脉冲和构型，使得压力波的峰值基本上位于管的尖端处。
根据一些实施方式，提供了一种将径向位移转换为轴向位移的方法。该方法包括提供具有响应于电压信号的压电致动器的换能器。对压电致动器进行致动以向换能器的靠近管的远端的区域处的管提供大致径向的力。管在管的近侧区域处的径向运动被转换为管的远端处的大致轴向运动。
在一个实施方式中，压电致动器的致动包括向压电致动器提供至少一个电压脉冲。
在一个实施方式中，压电致动器包括夹紧至管的线性或纵向压电致动器。
在一个实施方式中，轴向运动包括远侧轴向运动，并且在电压信号的脉冲停用时，管的远端经历近侧轴向方向上的运动，从而提供响应于至少一个脉冲电压周期的轴向振动。
根据一些实施方式，提供了一种用于输送预定量的液体的分配器。分配器通常包括管、压电致动器。管包含要分配到一个或更多个目标中或上的液体。压电致动器可操作地耦接至管，并且响应于施加的信号以分配一个或更多个液滴。管和压电致动器是可分离的，使得可以在使得允许该压电致动器与用于分配另一种液体的另一管一起使用的同时更换管。
在一个实施方式中，压电致动器安装在管的第一侧上。在一个实施方式中，预加载装置安装在管的通常与第一侧相反的第二侧上。在一个实施方式中，预加载装置包括螺钉。在一个实施方式中，预加载装置包括可致动的弹簧加载装置。在一个实施方式中，预加载装置是可释放的，以允许移除以及更换管。
在一个实施方式中，压电致动器的致动使得管的径向运动转换成管的尖端处的轴向运动，以使预定体积的液滴从尖端喷射出。
在一个实施方式中，压电致动器通过附接到管的套筒与管间隔开。
在一个实施方式中，管是可更换组件的一部分，该可更换组件包括管和与管结合的套筒。
在一个实施方式中，分配器还包括分别与压电致动器和预加载装置接合的第一夹紧装置和第二夹紧装置。在一个实施方式中，夹紧装置包括接合套筒的结构，该套筒在预定数目的位置处附接至管。
在一个实施方式中，管的内腔具有大致环形的构型。
在一个实施方式中，要在管内分配的液体轴向地在压电致动器的位置下方。
在一个实施方式中，管具有孔板，该孔板具有大致弯曲的漏斗或锥形构型。
在一个实施方式中，管是容置管的库的一部分，其中，相应的流体被预填充在该库中，以允许在利用同一压电致动器的同时分配多种液体。
在一个实施方式中，分配器被设置成与流体源组合，该流体源允许从源获取要由分配器分配的液滴。
在一个实施方式中，分配器被设置成与成像系统组合，以可视化并且分析分配的液滴。
在一个实施方式中，分配器被设置成与存储的流体样本库组合，该库可选择性地加载在管内。
在一个实施方式中，压电致动器包括夹紧至管的线性或纵向压电致动器。
根据一些实施方式，提供了一种输送预定量的液体的方法。该方法包括提供从其分配液体的管以及被夹紧到管的线性或纵向压电致动器。对压电致动器进行致动以从管的远端喷射出液滴。该管与压电致动器分离并且在利用该压电致动器的同时使用用于分配另一种液体的另一管替换。
在一个实施方式中，管选自预填充有相应的液体的容置管的库。
在一个实施方式中，要分配的液体从流体源吸出。
在一个实施方式中，提供了可选择性地加载在管内的存储流体样本的库。
在一个实施方式中，管的内腔具有大致环形的构型。
在一个实施方式中，对压电致动器进行的致动使管的径向运动转换成管的尖端处的轴向运动，以使预定体积的液滴从尖端喷射出。
根据一些实施方式，提供了一种用于输送预定量的液体的分配器。分配器通常包括纵向换能器、孔和液体。纵向换能器通常包括管和压电致动器。管具有长度、预定厚度的壁、预定大小或直径的内腔以及管的远端处的尖端。压电致动器在尖端近侧的位置处可操作地耦接至管。孔位于管的尖端处。液体将被分配到一个或更多个目标中或分配到一个或更多个目标上，并且被加载在管内。对压电致动器进行的致动使压力波从管的近侧位置朝向管的尖端传播，使得管的近侧位置处的径向运动变换为管的尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使预定体积的液滴从孔中喷射出。
在一个实施方式中，压电致动器包括夹紧到管的线性或纵向压电致动器。
在一个实施方式中，分配器还包括能量源，该能量源被配置成向压电致动器提供至少一个电压脉冲。
在一个实施方式中，管和压电致动器是可分离的。
在一个实施方式中，管选自预填充有相应的液体的容置管的库。
在一个实施方式中，管的内腔具有大致环形的构型。
在一个实施方式中，分配器被设置成与流体源组合，该流体源允许从源获取要由分配器分配的液体。
在一个实施方式中，分配器被设置成与存储流体样本的库组合，该库可选择性地加载在管内。
根据一些实施方式，提供了一种输送预定量的液体的方法。该方法包括向管提供要分配的液体。管包括具有带孔的尖端的远端。压电致动器被设置成在接近管的尖端的位置处与管连通。对压电致动器进行致动以使得压力波从管的近侧位置朝向管的尖端传播，并且在管的近侧位置处的径向运动被变换为管的尖端的轴向运动，从而使预定体积的液滴从孔中喷射出。
在一个实施方式中，压电致动器包括夹紧至管的线性或纵向压电致动器。
在一个实施方式中，管用用于分配另一种液体的另一管来替换。
在一个实施方式中，管选自预填充有相应的液体的容置管的库。
在一个实施方式中，从流体源获取要分配的液体。
在一个实施方式中，提供了可选择性地加载在管内的所存储流体样本的库。
在一个实施方式中，管的内腔具有大致环形的构型。
在一个实施方式中，压电致动器被轴向定位在管中的液体上方。
根据一些实施方式，提供了一种用于将径向位移转换成轴向位移的纵向换能器。纵向换能器通常包括管、线性或纵向压电致动器以及能量源。管包括大体上刚性的材料并且具有长度、预定厚度的壁、预定大小或直径的内腔以及管的远端处的尖端。管的刚性材料具有大于大约10GPa的弹性模量。线性或纵向压电致动器在管的尖端附近的位置处夹紧至管。能量源被配置成向压电致动器提供至少一个电压脉冲。对压电致动器进行的致动使压力波从管的近侧位置穿过管壁并朝向管的尖端传播，使得管的近侧位置处的径向运动被变换为管的尖端的向远侧延伸的轴向运动。
在一个实施方式中，管的刚性材料具有大于大约50GPa的弹性模量。
在一个实施方式中，孔位于管的尖端处，并且待通过对压电致动器进行致动而被分配到一个或更多个目标中或上的液体包含在管中。在一个实施方式中，管和压电致动器是可分离的。
根据一些实施方式，提供了一种输送预定量的液体的方法。该方法包括提供柔性供给管线。将液体从柔性供给管线供给到柔性供给管线下游的管。管包括具有带孔的尖端的远端。压电致动器被设置成在接近管的尖端的位置处与管连通。对压电致动器进行致动，使得压力波从管的所述位置朝向管的尖端传播，并且将管的所述位置处的径向运动变换为管的尖端的轴向运动，从而使预定体积的液滴从孔中喷射出。
在一个实施方式中，管与柔性供应管线之间的耦接提供自对准特征。
在一个实施方式中，柔性供给管线包括塑料或热塑性塑料。在一个实施方式中，柔性供给管线包括聚丙烯(PP)。在一个实施方式中，柔性供给管线包括聚醚醚酮(PEEK)。
在一个实施方式中，柔性供给管线具有大约750μm或更小的内径。在一个实施方式中，柔性供给管线具有大约250μm的内径。
在一个实施方式中，管包括限定孔的孔板。在一个实施方式中，孔板是镀金的。在一个实施方式中，孔板是电铸的。在一个实施方式中，镀金孔板用自组装单层膜(SAM)涂覆。在一个实施方式中，自组装单层膜包括聚(乙二醇乙醚)甲基醚硫醇CH3O(CH2CH2O)Nch2ch2SH。
根据一些实施方式，提供了一种用于输送预定量的液体的分配器。分配器通常包括纵向换能器、孔和柔性供给管线。纵向换能器通常包括管和压电致动器。管具有长度、预定厚度的壁、预定大小或直径的内腔以及管的远端处的末端。压电致动器在尖端近侧的位置处可操作地耦接至管。孔位于管的尖端处。柔性供给管线位于管的上游，并且被配置成向管供给要分配到一个或更多个目标中或上的液体。液体被装载在管内。对压电致动器进行的致动使压力波从管的近侧位置朝向管的尖端传播，使得管的近侧位置处的径向运动被变换为管的末端的向远侧延伸的轴向运动，从而使得预定体积的液滴从孔中喷射出。
在一个实施方式中，管与柔性供应线之间的耦接提供自对准特征。
在一个实施方式中，柔性供给管线包括塑料或热塑性塑料。在一个实施方式中，柔性供给管线包括聚丙烯(PP)。在一个实施方式中，柔性供给管线包括聚醚醚酮(PEEK)。
在一个实施方式中，柔性供给管线具有大约750μm或更小的内径。在一个实施方式中，柔性供给管线具有大约250μm的内径。
在一个实施方式中，管包括限定孔的孔板。在一个实施方式中，孔板是镀金的。在一个实施方式中，孔板是电铸的。在一个实施方式中，镀金孔板用自组装单层膜(SAM)涂覆。在一个实施方式中，自组装单层膜包括聚(乙二醇乙醚)甲基醚硫醇CH3O(CH2CH2O)Nch2ch2SH。
在另一个实施方式中，公开了一种用于输送预定量的液体的分配器。该分配器包括纵向换能器，该纵向换能器包括：毛细管，其在远端处具有尖端；压电致动器，其在尖端近侧的位置处可操作地耦接至毛细管；位于管的尖端处的孔；以及位于毛细管的上游的柔性供给管线，其被配置成耦接至毛细管并且将液体供给至毛细管；其中，对压电致动器进行的致动使压力波从毛细管的所述位置朝向毛细管的尖端传播，使得毛细管的所述位置处的径向运动被变换为毛细管的尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使得预定体积的液滴从孔中喷射出；并且其中，毛细管具有在大约0.1×106psi至9.0×106psi的范围内的弹性模量，并且在一些情况下具有0.1×106psi至1.5×106psi的弹性模量，从而抑制由致动引起的噪声，并且提供大约50pL至1300pL的液滴大小的范围上的单个液滴稳定性。
毛细管与柔性供给管线之间的耦接可以提供自对准特征。
毛细管与压电致动器之间的操作耦接可以被配置成允许更换毛细管并且可以进行调节以提供足够的机械稳定性，以减少毛细管之间的液滴体积的变化。在一个实施方式中，毛细管与压电致动器之间的操作耦接为双V形夹具。
在一个实施方式中，毛细管可以包括聚醚醚酮(PEEK)。
在一个实施方式中，毛细管可以包括限定孔的孔板。孔板可以是镀金的镍或蓝宝石。
根据另一个实施方式公开了一种用于输送预定量的液体的方法。该方法包括：使用自对准特征将柔性供给管线耦接至毛细管；将液体从柔性供给管线供给至毛细管，其中，毛细管包括具有带孔的尖端的远端；在沿毛细管的位置处将压电致动器耦接至毛细管，其中，压电致动器与毛细管之间的耦接被配置成允许更换毛细管并且是能够进行调节的，以在压电致动器与可更换毛细管之间提供基本上均衡的机械稳定性；对压电致动器进行致动以使得压力波从所述位置沿毛细管朝向毛细管的尖端传播，并且将所述位置处的径向运动变换为尖端的轴向运动，从而使得预定体积的液滴从孔中喷射出；其中，毛细管具有在大约0.1×106psi至9.0×106psi的范围内的弹性模量，并且在一些情况下具有0.1×106psi至1.5×106psi的弹性模量，从而抑制由致动引起的噪声，并且提供大约50pL至1300pL的液滴大小范围上的单个液滴稳定性。
在一个变体中，该方法还可以包括：对压电致动器与毛细管之间的耦接进行调节，以减少毛细管之间的液滴体积的变化。
在另一变体中，该方法还可以包括：对压电电压、充电电阻器进行调节或对电压和充电电阻器二者进行调节，以使得能够在相同的预定液滴体积下分配一定范围的液体粘度。
为了概述本公开内容的目的，上面已经描述了某些方面、优点和新颖特征。当然，应当理解，根据任何特定实施方式不一定可以实现所有这样的优点。因此，本公开内容的方面可以在不必实现如本文中可能被教导或提出的其他优点的情况下以实现或优化如本文中所教导或提出的一个优点或一组优点的方式来实施或执行。
所有这些实施方式旨在在本公开内容的范围内。通过参照附图的以下详细描述，这些实施方式和其他实施方式对于本领域技术人员而言将变得明显。
附图说明
因此，通过参照以下附图的详细描述，因此概括了本公开内容的一般性质及其一些特征和优点，某些实施方式及某些实施方式的修改对于本领域技术人员而言将变得明显，在附图中：
图1A是示出根据某些实施方式的特征和优点的压电流体分配系统的简化示意图。
图1B是示出根据某些实施方式的特征和优点的用于将径向运动变换或转换成轴向运动的纵向换能器的简化示意图。
图2是示出根据某些实施方式的特征和优点的处于未夹紧位置的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图3是示出根据某些实施方式的特征和优点的夹紧位置中的图2的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图4A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图3的压电流体分配器的简化示意性俯视图。
图4B是示出图4A的双V形夹具构型的另一实施方式的压电流体分配器的简化示意性俯视图。
图5A是示出根据某些实施方式的特征和优点的包括具有环形间隙的管的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图5B是示出了图5A中所示的分配器的另一构型的包括管的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图6A是示出根据某些实施方式的特征和优点的包括适于在点阵列等的生产中分配流体的安装支架的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图6B是示出图6A所示的分配器的另一构型的包括适于在点阵等的生产中分配流体的安装支架的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图7是示出根据某些实施方式的特征和优点的具有多个夹紧装置的压电流体分配器的简化示意性侧视图。
图8A是示出根据某些实施方式的特征和优点的包括弹簧偏置预加载机构的压电流体分配器的简化立体图。
图8B是示出图8A中的分配器的替代构型的压电流体分配器的简化立体图。
图9A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图8A的压电流体分配器的简化分解立体图。
图9B是示出该替代配置的特征和优点的图8B的压电流体分配器的简化分解立体图。
图10是示出根据某些实施方式的特征和优点的图8A的压电流体分配器的简化截面立体图。
图11A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图8A的压电流体分配器的简化截面侧视图。
图11B是示出该替代构型的特征和优点的图8B的压电流体分配器的简化截面侧视图。
图12A是示出根据某些实施方式的特征和优点的压电流体分配器的毛细管组件的简化分解立体图。
图12B是示出与图12所示的构型不同的替代构型的压电流体分配器的毛细管组件的简化分解立体图。
图13A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图12A的毛细管组件的简化的前平面图或后平面图。
图13B是示出该替代构型的特征的图12B的毛细管组件的简化的前平面图或后平面图。
图14A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图13A的简化截面图。
图14B是示出该替代配置的特征的图13B的简化截面图。
图15是绘制来自表II的数据的曲线图。
图16是绘制来自表III的数据的曲线图。
具体实施方式
本文中所描述的实施方式总体上涉及用于获取以及非接触地分配预定体积的液体的系统和方法，并且特别地涉及用于获取以及分配一定体积的液体——特别但不排他地用于在例如DNA阵列的自动生产或多重测定时分配并且输送小体积的流体——的独特的压电分配装置，其中，以具有例如大约几皮升至几纳升的体积的单个液滴形式来分配液滴。分配装置的实施方式在期望地保持压电致动器或换能器进一步用于随后使用的同时有利地利用一次性的、可拆卸的或可分离的毛细管组件，从而减少流体的交叉污染的可能性并且提供一种重复使用压电致动器或换能器以用于进一步操作例如分配并且输送各种液体的经济且成本有效的方法。
虽然本说明书阐述了某些实施方式的各种细节，但应当理解，本说明书仅是说明性的并且不应以任何方式被解释为限制性的。此外，本领域技术人员可以想到的各种应用及其修改也包括在本文中所描述的一般概念中。
现在转到附图，图1A示出了根据一些实施方式的用于流体处理和输送的液体分配(和吸出或获取)系统10。系统10通常包括压电分配装置或分配器100，用于将单个液滴或液滴12从容纳或包含要分配的液体18的流体源或液体源16例如容器或小瓶等分配到一个或更多个目标或基片14中或一个或更多个目标或基片14上。
源16经由例如柔性管等与分配装置或分配器100在流体上连通。考虑到毛细管的静水压力头、毛细管力和液体18的表面张力之间的平衡，对源16与分配器100(及分配器100的毛细管)之间的相对Z轴方向的定位进行选择，以使得除非被致动以从分配器100喷射出液体否则没有液体从分配器100喷射出。该平衡还至少取决于管尺寸例如液滴喷射排出孔的大小。
在一些实施方式中，分配器100也用于通过将毛细管的尖端浸入到要被吸出的液体中并且施加真空或抽吸以将流体吸入管中来直接从源20(例如小瓶、微量滴定板或微孔盘等)吸出或获取液体。这可以通过使用真空源、泵22例如正排量泵等来完成。系统10可以被布置成例如通过提供如图1A所示的那样定位的二通阀24等来适应获取(即从源16或源20)要分配的液体的两种模式。可以在系统管道中设置各种其他阀等，以根据需要或要求有效地控制流体连通和流动。
所涉及的液体可以包括多种类型，其中，将要处理、输送以及分配微体积的流体。这些包括但不限于是本领域已知的液体例如化学试剂和生物试剂如DNA、cDNA、RNA、蛋白质、肽、寡核苷酸、染色体的制剂和其他有机或无机化合物等。
目标或基片14可以包括例如但不限于如本领域已知的微滴定板或微孔盘、载玻片、接收膜、测试条、小瓶或其他合适的目标等。
可以提供系统10的各部件之间的相对运动以准确地放置、定位以及相对于彼此移动各部件。X、XY或XYZ运动系统26可以用于相对于一个或更多个目标或基片14和/或流体源或液体源16和20移动一个或更多个分配器100，以在分配以及吸出时提供期望的准确性。例如，根据需要或期望，可以有效地使用一个或更多个合适的机器人或机器人臂，以提供受控的相对运动。
一个或更多个目标或基片14可以安装在载体平台、台或托架28上，以提供X、X-Y或X-Y-Z运动。可以根据需要或期望的功效来使用机器人或机器人臂。类似地，可以以协作的方式来控制流体源或液体源16和20的相对运动，以允许有效地输送液体。可以根据需要或期望有效地利用幅板、卷轴或传送带传输机构来移动任何流体目标或源。
在一些实施方式中，提供液滴成像系统30以分析以及可视化所分配的液滴特性。这些液滴特性包括但不限于液滴体积、形状、球形度、速度等。这不仅在液体处理系统10的操作期间有用途，而且还用于特定应用的初始系统设置。例如，可以采用成像系统30，使得各种系统操作参数被精细调整到特定应用。然后，可以调节这些参数以提供具有所需要或期望性质的液滴。
成像系统30可以可视化并且分析飞行中的液滴。并且因此，驾驶室调节某些参数例如但不限于压电致动电压脉冲分布、幅度或频率等。
在一个实施方式中，成像系统30包括由美国新罕布什尔州纳舒厄市的ImageXpert公司制造的高速视频仪器型JetExpert，其用于分析以及可视化液滴特性或性质例如液滴大小、液滴速度等。
液体处理系统还包括用于监测以及控制系统操作的控制系统或控制器32。适当的软件34针对用户用于控制各种系统参数和操作。控制器32可以根据需要或期望包括或与各种子控制器例如压电分配器100、控制装置和电子电路或模块36以及各种运动、成像和流体流动和动态系统中的子控制器有效地接口连接。电子模块或能量源36提供脉冲电压信号38以致动压电分配器100。
优选地对脉冲电压信号38进行微调，以使得脉冲电压信号38不严格地为正方形或矩形格式，以避免与分配管的突然碰撞，而是使得脉冲电压信号38适于期望地包括平滑的信号转换。这可以有利地引起改进的液滴结构、液滴体积控制等。电子模块或能量源36可以配置有电阻器、电容器等的布置，以确保产生这样的优选电压信号38。当要分配相对较大的液滴时，平滑转换可能更有利。
尽管图1A仅示出了单个分配器100，但在其他实施方式中，可以设想使用呈线性(1×N)或二维(M×N)阵列的多个分配器。这些可以根据需要以并行或以另一协作方式提供以及操作。应当理解，本文中具体参照单个分配器实施方式的任何讨论在对于本领域技术人员而言明显的可能的修改的情况下对于由一个或更多个压电致动器或换能器致动的多个分配器而言基本上同样可以应用。此外，根据需要或期望，可以使用歧管构型将流体提供给多个分配器。此外，系统10可以被配置成提供对如认为合适的液滴12的即时分配。例如，如美国专利第6,063,339号中所公开的，其全部内容通过引用并入本文中。
图1B示出了根据一些实施方式的纵向换能器或传动器40。纵向换能器40通常包括可操作地耦接至管114的压电致动器或装置126。如下文和本文中进一步讨论的，线性或纵向压电致动器126可以夹紧至管114。
如下文和本文中进一步讨论的，纵向换能器40还可以包括允许管114和压电致动器126分离的预加载、夹紧、保持或偏置螺钉、机构、装置、组件或结构128、176。可选地，压电致动器126可以固定地附接(例如接合)至管114，并且预加载装置可以由固定附接的支承结构等替代，以向由压电致动器126产生的力提供反作用力。压电致动器126可以在管114的一部分或侧面上，其中，预加载装置128、176或支承结构位于管114的大致相反的部分或侧面上。可选地，压电致动器126可以基本上完全围绕、环绕或包围管114的外周边。可以在压电致动器126与管114中间设置套筒、垫等。类似地，套筒、垫等可以设置在预加载装置128、176(或支承结构)和管114中间。
在操作时，电压脉冲(或交流电压)对压电致动器126进行致动，以使得压电致动器126扩张，并且在管的大致区域54处对管114的壁施加或应用大致径向的力52。区域54与管114的远端42间隔开预定距离。该径向力152引起管114的小变形46和径向运动、位移或运动48。此外，声压或应力轴向地或纵向地从管114的区域或区域54传播或传输通过管114的壁并且朝向管尖端42，管尖端42在远离压电致动器126延伸的方向上经历远端轴向或纵向运动、位移或运动50(远端或负或-Z方向的运动)。因此，应力或压力波44纵向或轴向地穿过管壁，并且提供将管径向运动48变换或转换成管尖端42处的轴向或纵向运动50。在一些实施方式中，波44具有大致正弦的或余弦波形、轮廓或构型。
在完成一个循环时，管114恢复到其停用状态，该停用状态具有径向向外的管运动48和在朝向压电致动器126延伸的方向上向近侧回缩管尖端轴向运动50(在近侧或在正或+Z方向的运动)。当交变电压的多个脉冲引起压电致动器126的扩张和收缩时，管尖端42经历多个轴向或纵向振荡50。
应当理解，各种实施方式设想并且利用压电致动器126和管114的电压脉冲(或交流电压)、配置、布置、大小和/或尺寸之间的平衡，以提供应力或压力分布和波形，应力或压力分布和波形引起管114的远端42处的受控的和/或预定的轴向位移或振荡。
纵向换能器40可以与本文中公开或提出的分配器的任何实施方式一起使用。这些分配器通常包括与要在管114中分配的液体组合的纵向换能器40以及可能合适的喷嘴或孔板，以在管的远端42处限定孔或排出孔。因此，在操作时，分配器可以提供液滴分配(例如按需要的液滴分配)，其中，管尖端纵向或轴向振荡或运动产生合适的固体-液体动态相互作用，以便于喷射预定大小的单个液滴。
本文中所公开的纵向换能器和/或分配器的实施方式可以被认为是提供独特的超声喇叭，其中，纵向声波的传输被用于将径向管运动变换和/或转换成管的受控和预定的轴向运动。
图2至图4示出了根据一些实施方式的用于流体处理和输送的压电分配装置或分配器100的不同视图和/或布置，其中，相同的附图标记与相同的元件或结构对应。出于说明的目的，分配器100通常包括两个组件或子组件110和112。
第一结构、布置、组件或子组件110(在图2中，仅用于说明的目的，由虚线界定)包括毛细管114和分配喷嘴116，分配喷嘴116通常包括孔或排出孔结构或板118。然而，这些是非限制性的描述，使得排出孔118和喷嘴116可以是管114或组件110的一部分或结合到管114或组件110中。
第二结构、布置、组件或子组件112可以被视为例如但不限于包括安装件、支承结构或支架120的压电C夹紧子组件等。支架120包括一对相反的夹紧装置或臂122和124。压电致动器、换能器、元件、堆叠或组件126安装在第一臂122上，并且预加载、夹持、保持或偏置螺钉、机构、装置、组件或结构128安装在第二臂124上。
图3示出了位于预加载或夹紧位置中的分配装置或分配器100。通过沿管114的径向方向施加力，螺钉128被紧固并且将毛细管114锁定就位，使得管114保持在压电致动器、换能器或元件126和螺钉128之间。(在下面特别参照图4来讨论预加载夹紧装置的进一步结构细节，并且示出根据一些实施方式，相应的夹紧装置的各自的相对部分定位在压电元件、螺钉和管的中间。)
在一些实施方式中，分配器100包括或包含纵向换能器40。该纵向换能器140通常可以包括管114、压电致动器126和夹紧或预加载装置128。压电致动器126可以是夹紧到管114的线性或纵向压电致动器126。
在对压电致动器、换能器或元件126例如通过电压脉冲或交流电压进行致动时，压电致动器126扩张并且力52的脉冲沿大致径向方向130朝向管114来施加。力52在管114的夹紧预加载区域132处在管壁中产生应力。区域132中的应力或压力产生声压或应力波，该声压或应力波通过管114的壁朝向喷嘴孔板118和远端42纵向地传播或传输。这包括以引起向远侧延伸的轴向或纵向运动或位移50的形式对要传输的径向向内运动的变换或转换。管114的实心壁与孔136处的液体之间的该动态相互作用引起从孔136喷射出预定大小的液滴12。不同地阐述的是或换言之，或者不同地说明的是，将声压传输到孔板118的区域中的流体或液体至少部分地负责通过孔或排出孔136推进或喷射出流体或液体134的液滴12。
因此，纵向穿过管壁的压力或应力波提供用于分配单个液滴12的远侧管末端42、孔板118和/或孔136的独特的轴向位移。在一些实施方式中，该波具有大致正弦或余弦波形、轮廓或构型。在施加每个脉冲之后，压电致动器、换能器或元件126径向扩张并且轴向收缩回到其原始大小，从而涉及管尖端42的振荡或振荡运动。
管114中的流体或液体134的水平面103可以在夹紧区域132上方或下方的任何点处。关于在夹紧区域132和/或压电致动器下方的液体水平面103，提供优于传统压电分配技术的主要优点，其中，液体水平面必须至少处于压电体或更高的水平。此外，这转化成至少纵向换能器140的独特特征的优点，其中，径向运动到轴向运动的变换或转换提供了用于以单个液滴的形式从分配器的远端准确地分配预定量的流体的新的控制尺寸。
期望地，根据一些实施方式，在液滴喷射之前，静液压力头、表面张力和毛细力之间的平衡将液体134保持在管114的内腔中，并且基本上没有液体从孔或排出孔136粘附地悬浮。可以根据需要或期望来控制静压力头。(可选地，根据需要或期望，管114可以向大气或环境条件开放)。
因此，在每次使用之后，管114可以被拆卸并且通过释放预加载螺钉128来替换。因为管114可以在每次使用之后被布置有例如特定的液体，所以消除了对清洁的需要和由于先前使用所遗留的材料引起的污染的风险。
在一些实施方式中，管114包括玻璃。在一些实施方式中，管114包括具有预定或预选的弹性模量的另一种刚性材料。在一个实施方式中，形成管114的材料具有大于大约10GPa的弹性模量。在一个实施方式中，形成管114的材料具有大于大约50GPa的弹性模量。较高的弹性模量在管壁中产生较高的应力，这是因为应力是弹性和变形的乘积。该较高应力期望地引起毛细管114的振荡的较高幅值。
毛细管组件110可以包括基本上围绕或包围管114的套筒138等。套筒138期望地分布由压电致动器、换能器或元件126施加的力，并且防止应力集中在局部或可能引起管114例如由玻璃、其他刚性材料等制成的管的破裂的一个斑点中。
套筒138可以包括各种合适的材料。在一个实施方式中，套筒138由金属或合金等例如不锈钢、黄铜或铝等制成。在另一实施方式中，套筒138由塑料例如等制成。
套筒138通过结构环氧树脂例如但不限于类型的E-30CL接合至毛细管114。因此，包括管114和套筒138的毛细管组件110可以与分配器100分离并且是一次性的。
在一些实施方式中，孔板118可以结合至管114并且可以通过电铸来制造。在一个实施方式中，喷嘴孔板118包括或由电铸镍或电铸钯镍制成。可选地，根据需要或期望，孔板118可以有效地用惰性材料例如氮化钛等镀覆。在一个实施方式中，孔径板118包括合成蓝宝石、红宝石等。孔板118可以是镀金的。在一个实施方式中，孔板118的厚度可以在大约60微米(μm)的范围内，但是根据需要或期望可以有效地使用更高或更低的厚度。
如图所示，在一些实施方式中，孔板118具有漏斗状、圆锥形、截头圆锥形结构等，其具有在上游端限定第一较大大小或直径的曲率，并且具有在下游端限定第二较小大小或直径的曲率。有利的是，这样的构型可以提供对液滴大小的控制和“死”流体斑点或区域的减轻的改进的一致性。此外，这期望地引起改进的整个系统操作。
压电或压电陶瓷致动器、换能器或元件126可以包括在输入交流电压的情况下在堆叠的方向上大致线性地或纵向地扩张和收缩的共烧单片线性或纵向堆叠。在一个实施方式中，压电或压电陶瓷致动器、换能器或元件126由美国新泽西州牛顿市的THORLAB公司销售的NEC部件号AE0203D04Fas制造。
可以基于输入电压信号以及压电装置本身的构型来改变压电致动器126的夹紧力或预加载力。在一个实施方式中，虽然根据需要或期望可以有效地利用低于大约2牛顿和高于大约250牛顿的夹紧力，但致动器126的最大夹紧力在大约200牛顿的范围内。
夹紧螺钉128的夹紧力或预加载力可以基于装置和螺钉构型而变化。在一个实施方式中，虽然可以根据需要或期望提供更高或更低的力，但夹紧螺钉128提供大约30牛顿到大约70牛顿的范围内的预加载力或夹紧力，该范围包括30牛顿到70牛顿之间的所有值和子范围。可以使用扭矩限制螺丝刀来锁定螺钉128，扭矩限制螺丝刀将线性力限制到预定值例如但不限于70牛顿。
如上面特别参考图1A所讨论的，分配器100可以用于获取流体或液体样品以及分配流体或液滴。通过将毛细管114浸入流体样品中并且施加真空、抽吸等来获取样品。
毛细管114具有大致管状的轴对称形状，其具有如图2中标记的具有厚度T的大体上薄的壁。在一个实施方式中，厚度T在大约0.1mm到大约0.5mm的范围内，该范围包括0.1mm到0.5mm之间的所有值和子范围。在一个实施方式中，毛细管114的长度为大约25mm，并且管孔距夹紧点、位置或区域的距离期望地大于大约13mm，使得毛细管可以方便地浸没在标准实验室10mm深的孔盘中。当然，根据需要或期望，可以有效地修改这些尺寸以适应不同配置的孔盘、微滴定板等。
在另一实施方式中，厚度T在大约0.1mm到大约0.3mm的范围内，该范围包括0.1mm到0.3mm之间的所有值和子范围。当然，根据需要或期望，可以有效地设置更高或更低的管壁厚度。有利的是，根据某些实施方式，毛细管114的大致薄壁结构允许压电诱导应力基本上以纵向方式传输到管壁，而不是进入管壁中的液体中，从而提供对液滴喷射以及实现在低皮升范围内的液滴大小的目标的控制。此外，相对薄的管壁允许在该管壁上施加低的压电力，使得在低径向管弯曲和受控的轴向管位移或振荡的情况下低的力产生足够高的管壁应力或压力，同时使传输压缩压力/应力到在施加径向力的区域处的管中的液体中最小化。
通常，管114及其内腔具有大致圆形的横截面。然而，管114及其内腔的横截面可以具有其他形，例如但不限于正方形或六边形横截面形状。
在一个实施方式中，管114在图2中标记为D1和D2的每个端部处可以具有两个不相等的外径，其中，D2大于D1。在另一实施方式中，管114可以具有遍及其长度的均匀直径。直径D1可以在大约1mm至大约5mm的范围内，并且直径D2通常小于大约9mm。当然，根据需要或期望，可以有效地提供更大或更小的直径。在一些实施方式中，如下面进一步讨论的，较大的开口或直径D2可以用于存储流体或液体样品例如DNA样品。
在一个实施方式中，向压电或压电陶瓷致动器、换能器或元件126提供在大约10千赫(KHz)到大约100KHz的范围内的频率下的脉动电信号，以产生从喷嘴孔板118喷射出来自生成物液滴12的单个液滴。在其他实施方式中，根据需要或期望，可以有效地利用更高或更低的频率。
压电或压电陶瓷致动器、换能器或元件126的致动(或扩张)时间取决于各种因素例如但不限于系统或装置构型、尺寸和液滴大小。在一些实施方式中，根据需要或期望，该时间具有几微秒(μ秒)直到大约几十或几百微秒(μ秒)的范围中的量级。当然，可以有效地利用更高或更低的致动时间。
通常，单个振荡循环喷射单个液滴12，该单个液滴12具有基本上等于孔或排出孔136的直径的液滴直径。因此，例如，50微米(μm)的孔大小或直径产生具有大约50微米(μm)直径且具有大约65皮升(pL)的体积的液滴。类似地，70μm的孔产生具有大约180pL的体积的液滴。
流体或液体可以以“按需要滴落”模式在高达每秒1000滴和在大约每秒1000滴的范围中的频率下每次分配一个液滴或一滴。分配装置或分配器10可以用于生产阵列例如DNA微阵列等以及多重测定。如上面所讨论的并且特别参照图1A，在目标或基片上放置液滴12可以例如通过可编程定位表来控制，该可编程定位表可以沿笛卡尔坐标系或等效坐标系的三个轴(X、Y和/或Z)移动。
图4A示出了管114的夹紧区域和接合相应的夹紧装置或臂122、124的结构部分142和144的更详细的俯视图。该图还示出了管114、压电装置126、夹紧螺钉128和套筒138。在一个实施方式中并且如图所示，夹紧装置部分142和144具有大致V形形状并且具有与套筒138的四个相接点P1、P2、P3和P4。该构型可以有利地有助于并增强通常平衡且均匀地分布在管114的夹紧区域中的应力。
“V”形形状的角度可以有效地变化，使得该角度可以大于或小于直角(90度)构型。相接点的数目也可以根据需要或期望而变化。
夹紧装置部分142和144可以选择地具有曲率半径等于或大于套筒138的半径(曲率)的弯曲、弧形或弓形形状。当然，根据本文中公开、教导或提出的实施方式可以实践其他构型。箭头146和148示意性地描绘夹紧、预加载和/或压电致动力。
图4B示出了图4A中示出的V形耦接的替代构型的详细俯视图。毛细管114b被示出为被夹紧在前V形块142b与后V形块144b之间。压电致动器126b耦接至后V形块144b。安装块312被示出为连接至压电致动器126b。在一些实施方式中，安装块312可以用作散热器。示出了进入安装块312的电引线314。
图5A示出了根据一些实施方式的用于流体处理以及输送的压电分配装置或分配器100a的布置，其中，相同的附图标记与类似的元件或结构对应，压电分配装置或分配器100a利用具有大致环形间隙152的毛细管114。该环形间隙152设置在管114与同心芯构件150之间，该同心芯构件150通常具有但不限于圆柱形结构。
根据分配器100a的实施方式，可以设想间隙152的许多构型和大小。例如，如果管114的内径为大约1mm，则芯构件150的外径可以为大约0.9mm，从而在管114与芯构件150之间提供大约0.05mm的径向间隙，该芯构件150限定了环形毛细管间隙的大小。这样的环形间隙152构型的一个优点是可以有助于使静水压力头减小，该静水压力头相对于所涉及的毛细管力和表面张力对喷嘴孔板118和/或孔或排出孔136作用或在喷嘴孔板118和/或孔或孔出口136上作用。期望地，这可以引起分配特定或预定液滴大小时的更一致性、准确性和可靠性。
此外，压电分配器100a还区别于采用声压波传播通过用于液滴分配的液体的传统装置。分配器100a的液滴分配操作基本上与液体134如何加载在管114内无关。至少一个原因是使用纵向换能器140，其将径向管运动转换成远侧管尖端42处的轴向管位移和/或管114的实心壁与孔136处的液体之间的动态相互作用。
图5B是示出图5A中所示的分配器的另一种构型的包括管的压电流体分配器的简化示意性侧视图。该相同构型的俯视图在图4B中示出。除先前描述的部件和特征之外，侧视图还示出了流体柱134b和毛细孔136b。
图6A示出了根据一些实施方式的用于流体处理以及输送的压电分配装置或分配器100b的布置，其中，相同的附图标记与相同元件或结构对应，该压电分配装置或分配器100b利用主体部分或支架154并且特别有利于在如本文中所公开、教导或提出的其他应用中分配适用于生产点阵列或测定的流体或液体。
分配装置或分配器100b通常包括毛细管组件110，毛细管组件110包括管114和压电夹紧组件112。管114包括大致由孔板118限定的分配喷嘴116。夹紧组件112可以包括安装支架120，安装支架120可以是主体部分154的一部分或包括在主体部分154中。支架120具有包括压电或压电陶瓷致动器、换能器或元件126的第一夹紧装置或臂122，而第二夹紧装置或臂124包括预加载机构或螺钉128。螺钉128将管114预加载抵靠压电装置126，使得管以如本文所描述的方式期望地锁定或固定在压电装置126与螺钉128之间的适当位置。主体部分154可以具有允许组装分配系统的各种结构特征，各种结构特征包括但不限于连接、附接和耦接装置等。
如本文所教导的，压电装置126响应于交流电压而在方向130上扩张和收缩，根据某些实施方式，交流电压可以在大约30000赫兹(Hz)的频率下的大约50伏特的范围内(例如但不限于大约59伏特或更小至大约62伏特或更大的范围)。压电致动器、换能器或元件126的该位移在径向方向130上朝向管114产生力的一个或更多个脉冲。该力在毛细管114的夹紧区域132中产生应力。该应力生成纵向地传播通过管壁朝向喷嘴孔板118的波，其中，将声压传输到孔板118的区域中的流体或液体134(经由固体-液体/液体相互作用)中推动流体的液滴12通过孔或排出孔136。如上文和本文中所讨论的，纵向地穿过管壁的应力/压力波提供了独特的振荡远侧管尖端42、孔板118和/或孔136。在一些实施方式中，该波具有大致正弦或余弦波形、轮廓或构型。
图6B是示出图6A所示的分配器的另一构型的包括适于在点阵等的生产中分配流体的安装支架的压电流体分配器的简化示意性侧视图。该相同构型的俯视图在图4B中示出。除先前描述的部件和特征之外，图6B中的侧视图还示出了调节螺钉128b。
图7示出了根据一些实施方式的用于流体处理以及输送的压电分配装置或分配器100d的布置，其中，相同的附图标记与相同的元件或结构对应，压电分配装置或分配器100d包括多个或多个压电夹具或组件例如112’和112”。分配器或分配装置100d和/或相应的组件112’和112”通常包括两组压电夹具、元件、换能器或元件126’、126”，该两组压电夹具、元件、换能器或元件126’、126”可操作地耦接至相应的两个预加载夹紧螺钉128’、128”。托架或主体部分120’包括装置的一部分。
压电分配装置或分配器100d包括管114，管114在一端168处封闭并且形成可以用于存储流体或液体样品的小瓶(例如包括玻璃)的形状。
在一些实施方式中，螺钉126’可以设置有弹性构件例如弹簧170，例如扭力弹簧等。扭力弹簧170可以沿顺时针方向或替代地逆时针方向偏置，以在螺钉112’上施加基本上恒定的扭矩，使得径向(或者如果相对于XYZ笛卡尔坐标系是轴向的)力/由螺钉128’施加的力172在分配装置或分配器100d的操作期间保持基本上恒定。
有利的是，扭力弹簧170可以防止可能由手动过度拧紧螺钉128”引起的意外损坏。在一个实施方式中但不限于此，M5-0.8螺钉可以与扭力弹簧170结合使用，以沿顺时针方向施加例如大约0.03Nm的预定扭矩，以产生大约70牛顿的径向/线性力172。
图8至图11示出了根据一些实施方式的用于流体处理以及输送的压电分配装置或分配器100e的不同视图和/或布置。分配器100e通常包括主体部分或支架174、毛细管114、压电致动器、换能器或元件126以及预加载、夹紧、保持或偏置机构、装置、组件或结构176，其可以将线性或纵向压电致动器126夹紧到管114。
图8A是包括弹簧偏置预加载机构的压电流体分配器的简化透视图，其示出了根据某些实施方式的特征和优点。
图8B是示出了图8A中的分配器的替代构型的压电流体分配器的简化透视图。除了先前描述的部件和特征之外，该实施方式中的流体分配器还包括分配头安装螺钉316以及电连接器318。
分配器100e还包括连接器套筒178，连接器套筒178耦接至销180等或与销180等接合，销180等进而耦接到或接合压电致动器、换能器或元件126的一端。压电致动器、换能器或元件126的另一端耦接至垫或套筒182等或与衬垫或套筒182等接合，垫或套筒182等进而耦接至管114或与管114接合。垫或套筒182可以结合至管114并且与管114组合有利地提供可更换、可拆卸且一次性的单元。
主体部分或支架174容纳和/或支承各种分配器部件。可以提供各种间隙空间和开口以允许部件的定位和导线或电缆等的通道等。垫或套筒182可以通过各种方法例如但不限于放电加工(EDM)形成。
预加载、夹紧、保持或偏置机构、装置、组件或结构176通常包括弹簧184例如耦接到质量球186的叶片弹簧以及致动臂或杆188，以提供预载或夹紧在管114的与压电致动器、换能器或元件126相反的部分上。径向力在图13中被示出为箭头190和192。臂或杆188沿方向194的运动使叶片弹簧施加以及释放对质量球186的力，质量球186进而选择性地将力施加在管114的夹紧区域196上。期望地，质量球186响应于压电致动器、换能器或元件126的致动力而提供反作用力。质量球186可以包括用于与例如叶片弹簧184耦接的磁体，使得在一些实施方式中将提供用于拆卸和更换分配毛细管114的间隙空间。
分配器100e的预加载、夹紧、保持或偏置机构、装置、组件或结构176可以有效地与本文中公开、教导或提出的任何分配系统和装置一起使用。分配器100e的压电致动器、换能器或元件126的操作与上文和本文中所描述的压电致动器、换能器或元件126的操作类似。
图9A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图8A的压电流体分配器的简化分解立体图。
图9B是示出该替代构型的特征和优点的图8B的压电流体分配器的简化分解立体图。除先前描述的部件和特征之外，所示的分解图还示出了连接器壳体320。
应当注意，根据本文中所公开的压电分配器的实施方式，压电装置126不完全围绕、环绕或包围分配管114的外周边，而是仅部分地围绕、环绕或包围分配管114的外周边。换言之，压电装置在管的第一侧上，而预加载装置在管的第二基本上相反的第二侧上。在本文中所公开的任何实施方式中，压电装置可以包括夹紧到毛细管114的线性或纵向换能器126。
图11A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图8A的压电流体分配器的简化截面侧视图。
图11B是示出该替代构型的特征和优点的图8B的压电流体分配器的简化截面侧视图。除先前描述的部件和特征之外，所示的截面侧视图还示出了连接器壳体安装螺钉321。
本文公开或提出的系统、装置、方法和技术具有各种工业应用。这些可以用于分配和吸出任何流体，任何流体具有但不限于大约1cps至大约30cps的范围内的粘度，该范围包括1cps至30cps之间的所有范围和子范围。喷嘴孔板可以具有一个孔或多个或多个孔或排出孔。
孔或排出孔的大小或直径可以在大约5微米(μm)或更小至大约150微米(μm)或更大的范围内。在一些实施方式中，具有大约5微米(μm)至大约10微米(μm)范围内的大小或直径的孔或排出孔通常可以产生细小液滴，细小液滴可以用于生产各种气溶胶和各种化学、生物或药物材料和液体的喷雾剂。
在一个实施方式中，本文中所公开的分配装置或分配器可以用作手持式书写工具例如气刷仪器。在该实施方式中，管可以填充有墨、(一种或多种)着色流体、(一种或多种)液体等。在另一实施方式中，分配管可以包括用于在腹腔镜手术过程之前或期间将局部麻醉剂输送到扩张的腹腔中的皮下注射针头。
图12至图14示出了根据一些实施方式的毛细管组件214的不同视图和/或布置，毛细管组件214可以与本文中所公开的任何分配装置或分配器结合使用。通常，这样的构型允许毛细管组件柔性耦接，这有利地补偿在流体入口管线中引起的任何不期望的上游运动，以允许适当的压电对准和操作，同时不干扰来自毛细管的流体的准确分配。有利的是，这还提供了毛细管与流体入口管线之间的自对准特征和耦接。
要解决的问题的一个示例是毛细管设计及其与外部流体、液体或试剂供给管线的连接。根据一些实施方式，毛细管包括具有两个端部的细长玻璃管。第一上端限定到毛细管的流体入口，并且下端限定液滴分配出口。下端设置有孔板，该孔板与其他因子一起控制要分配的液滴的大小。
当毛细管接收压电产生的径向脉冲时，两端皆产生纵向位移脉冲。下孔端产生如所期望的液滴喷射，但是在一些情况下，上端处的位移可能是问题，特别是在毛细管被紧紧地约束在上游的上游端处的情况下。
可能因为存在使毛细管振动并影响液滴形成和/或准确度的反作用力。所以在一些情况下，液滴的轨迹可能受影响，并且在一些其他情况下，可以产生多个液滴，这些实施方式提供解决方案。
例如，已经注意到，如果毛细管的入口端轻微地或松散地被支承，则所注意的干扰问题基本上减少或消失。
因此，根据一些实施方式，使用通常小直径的柔性薄壁聚丙烯(PP)管将上游或近侧流体入口或供给管线连接至毛细管。在一些实施方式中，毛细管114通过其内径连接至该中间流体供给管。此外，根据一些实施方式，该中间供给管期望地还具有基本上低的弯曲刚度，这允许毛细管114容易地与压电头处的V形槽对准(参见例如图4A和图4B的实施方式以及相关描述)。
图12A是示出根据某些实施方式的特征和优点的压电流体分配器的毛细管组件的简化分解立体图。
图12B是示出与图12A所示的构型不同的替代构型的压电流体分配器的毛细管组件的简化分解立体图。除先前描述的部件和特征之外，毛细管组件的该分解图还示出了毛细流体入口连接器324和毛细管安装螺母322。
图13A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图12A的毛细管组件的简化的前平面图或后平面图。
图13B是示出了该替代构型的特征的图12B的毛细管组件的简化的前平面图或后平面图。除了先前所描述的组件和功能，这
图14A是示出根据某些实施方式的特征和优点的图13A的简化截面图。
图14B是示出了该替代构型的特征的图13B的简化截面图。
根据一些实施方式，毛细管组件214通常包括远侧毛细管114、中间供给管线连接管216、近侧中间供给管线连接管218和流体入口端口220，流体入口端口220接收要分配的流体的流222。O形环250等可以提供组件214的选定部件之间的密封耦接。
在一些实施方式中，毛细管组件214还包括毛细管保护盖260和毛细管壳体270。在一个非限制性实施方式中，毛细管壳体270包括塑料或热塑性塑料例如聚醚醚酮(PEEK)。
在一个非限制性实施方式中，毛细管114包括玻璃，并且具有大约1.5mm的外径和大约800微米(μm)或更小的内径。在一个非限制性实施方式中，流体供给连接管216包括聚丙烯并且具有大约800μm的外径和大约500μm或更小的内径。在一个非限制性实施方式中，流体供给连接管218包括PEEK塑料并且具有大约1.5mm的外径和大约800μm或更小的内径。
连接或耦接至毛细管114的流体供给管线216期望地具有相对小的内径。在一个非限制性的实施方式中，流体供给管线或连接管216的内径为大约500μm或更小。在另一非限制性的实施方式中，流体供给管线或连接管216的内径为大约250μm。
在一个非限制性实施方式中，供给管线例如连接管216和218由PEEK和/或聚丙烯塑料或热塑性塑料制成。小管直径和塑料例如PEEK的表面能量期望地产生毛细力，该毛细力将流体紧紧地保持在供给管线内。以这种方式并且有利的是，系统的X-Y-Z台的移动最小程度地被输送到毛细管114内的流体。该流体供给管线布置期望地还有助于产生一致的液滴大小。
液滴大小的一致性可以使用自动视频检查系统例如成像系统30(参见图1)通过变化系数(CV)来测量。分配系统或机器设置有视觉系统，该视觉系统测量液滴大小并且自动计算并显示包括计算的CV值的液滴大小的实时统计信息。有利的是，X-Y或X-Y-Z台设置有产生平滑和连续运动的多相或5相步进电动机，这进一步有助于液滴的一致性。
在一些实施方式中，当本文中所公开的分配系统用于分配含有蛋白质的溶液时，存在所述蛋白质的一个或更多个分子将结合毛细管的孔或孔板的一个或更多个表面以及至少部分地阻塞该孔的可能性。有利的是，为了防止任何这样的不期望的阻塞，提供了适当涂覆的孔板。
为了防止任何这样的阻塞，在一个非限制性实施方式中，可以使用镀金的电铸孔板。镀金的孔可以由自组装单层膜(SAM)涂覆，自组装单层膜化学地结合金，并且产生基本上防止或减少(一个或多个)蛋白分子与自组装单层膜结合的单分子层。这样的自组装单层材料的示例是聚(乙二醇乙醚)甲基醚硫醇CH3O(CH2CH2O)Nch2ch2SH。在金上制备和应用这样的自组装单层(SAM)的程序在Sigma Aldrich Technical Bulletin#AL-266中限定，其通过引用并入本文中。
在一些实施方式中，容器或管组件160可具有锥形管端，使得管端的内径向远侧减小到开口162，以便提供与孔板118和/或孔或排出孔134的增强的连接和/或熔合。
在一些实施方式中，在系统的流体接触表面例如毛细管114的表面上提供亲水表面处理以增强固体-液体耦接。有利的是，亲水涂层增强固体-流体相互作用，即，基本上防止或最小化由振荡、振动或移动管孔引起的流体的任何滑动，从而有效地增强或提高机械能(运动或加速度)到声压的变换。
在一些实施方式中，疏水涂层被设置在系统的外表面例如毛细管114的外表面上，使得没有或最少的流体粘附到管的外孔侧。在一个非限制性实施方式中，疏水涂层包含聚四氟乙烯(PTFE)。
在一些实施方式中，包括本文所教导、公开或提出的任何内容的多个分配头被组合成单个系统、组件、组合、布置或构件，以提供通过包括多个压电致动的毛细管的系统进行分配。例如，该系统可以包括图8A和图8B的多个压电分配装置或分配器100e。在一些实施方式中，该系统包括多单元分配器块，以有利地减少与管在至少X-Y平面中的适当布置有关的任何位移问题。在一个非限制性实施方式中，分配器块包括不锈钢，使得压电冲击不会由于能量的衰减而使块“鸣响”。在另一非限制性实施方式中，分配器块包括具有至少大约5000kg/m3至大约8300kg/m3的密度的材料，以使得压电冲击不会由于能量的衰减而使块“鸣响”。
在一些实施方式中，将具有预定阻尼性质的膜等设置在例如图8至图11的叶片弹簧184与负载球186之间。有利的是，膜提供阻尼以减少与球的不期望的弹簧相关接触。期望地，膜具有允许在延长的时间段上维持形状和/或阻尼性质的性质。在一个非限制性实施方式中，膜包括橡胶材料例如EPDM橡胶(乙烯丙烯二烯单体(M-级)橡胶)。
在一些实施方式中，包括计算机化软件和硬件控制系统的优化驱动电路用于基于以下内容来微调和/或优化本文中所公开的任何分配装置、系统、分配器头、分配器块或分配器的分配操作：特定的流体、液体或试剂性质。这样的控制系统或控制器可以根据需要或期望利用电阻器(例如并联)、电位计和其他电子电路部件的优化构型。有利的是，这允许本文中所公开的压电分配实施方式的操作，以最优地适应于正在被分配的流体例如某些油，该流体可以通过修改控制系统的某些控制参数来有效地准确地分配。
在一些实施方式中，脱气器等被设置在分配毛细管114的上游，使得流体、液体或试剂基本上没有任何不想要的气体内容物。利用包括头高度控制的优化的流体回路设计以实现准确的操作。
在一个非限制性实施方式中，毛细管114由玻璃材料例如硼硅酸盐玻璃等形成。
示例
以下示例的主要焦点是评价换能器设计。
I构型：
·硼硅酸盐毛细管：弹簧/球/V形夹具
·60μm蓝宝石孔、镀镍金孔
·试剂：BSA、DNA
·仅电压
使用具有蓝宝石和镀镍且之上镀金的硼硅酸盐玻璃毛细管，发现对于60微米的孔而言，可以使用电压调节在100pL至120pL之间实现单个液滴大小，并且对于100微米孔而言，可以在180pL至200pL之间实现单个液滴大小(参见表I)。这些结果与孔类型无关。在这些体积之下和之上，分配的体积是多个更小的液滴的形式。使用可以对单个液滴和多个液滴以及测量单个液滴体积的水平滴式照相机测量液滴分布和单个液滴体积。使用激光干涉仪来测量平行于毛细管长度附接到玻璃毛细管的孔的位移，确定存在随时间衰减的位移波形。这被解释为指示压电元件位移由具有随时间消散的幅度的连续波形组成。因此，单个压电脉冲导致产生多个液滴形成的孔的类似弹簧的作用，但是存在可以形成稳定的单个液滴的小体积范围。已经确定孔振动的来源是弹簧和球夹具在与压电元件相对的一侧上的低顺应性。
表I
孔径 电压 体积 CV
60μm 15V 110pL 3.9％
100μm 19V 181pL 2.3％
II构型：
·PEEK毛细管：弹簧/球/V形夹具
·100μm蓝宝石孔径
·试剂：BSA、DNA
·仅电压
使用类似尺寸的PEEK毛细管显示孔径振动可以在尺寸和幅值上减小，因此增加单个液滴稳定性的范围。硼硅酸盐的弹性模量为约9×106psi，而PEEK的弹性模量为约0.6×106psi至1.5×106psi。因此，PEEK应当抑制由于压电致动引起的毛细管振荡，并且在较大的体积范围上提供液滴稳定性。这显示为具有100微米孔的实验测量的稳定单个液滴范围的情况。100微米的孔提供了200至500PL的改进的稳定液滴范围。见下表II。然而，观察到用PEEK观察到的稳定下降范围的改进在不同毛细管之间趋向于变化。发现毛细管之间稳定下落范围的可变性是由球/弹簧夹紧机构的变化引起的，因为难以在头组件内一致地保持恒定的弹簧张力。这种变化性可以从图15中容易地理解，其中，绘制了来自表II的数据。
表II：
III构型：
·PEEK毛细管：双V形夹具
·100μm蓝宝石孔径
·试剂：BSA、DNA
·仅电压
为了改善稳定液滴范围的可变性，如图4B所示，用双V形夹具评价PEEK毛细管系统，但PEEK毛细管周围没有套管。双V形夹具提供压电致动器和毛细管之间的操作耦接，其中，该耦接配置成允许更换毛细管，并且能够进行调节以提供足够的机械稳定性，以减少毛细管之间的液滴体积的变化。结果是毛细管之间的可变性显着改善，甚至同样重要的是，对于使用调节压电元件驱动电压的100微米孔径，稳定液滴体积范围基本上提高到80pL，直到约1300pL。参见下表III。稳定的液滴体积和减少的毛细管之间的变化可以从图16中理解，其中，绘制了来自表III的数据。主要的惊喜是，使用单孔径尺寸，在液滴体积中可以获得超过因子13的稳定液滴范围。使用80微米孔径尺寸，也可以实现类似的滴落范围。压电元件驱动电压是用于控制液滴体积的独立变量。一般来说，对于传统的压电分配，孔径尺寸对于实现体积范围是重要的，其中需要50-60微米范围的小孔径来分配100-200pL的液滴，以及在80-100微米的范围中的更大的孔径以实现到800pL范围中的液滴大小。这是一个新的重要的且意想不到的结果。
第二个重要的发现是，可以分配宽范围的试剂而不对孔进行特殊处理。这包括DNA、蛋白质等。
表III
*上表显示使用双V形夹具来提高稳定性。不包括低端和高端音量范围，因为需要调整电压和充电电阻。
IV构型
·PEEK毛细管：双V形夹具
·100μm蓝宝石孔径
·试剂：高达60％甘油的甘油中的溶液中的DNA和蛋白质抗体
·与充电电阻器耦接的电压
第三个重要发现是，一旦确定液滴大小稳定性，就研究充电电阻值的影响，并且发现其在控制处理具有不同流变性能的试剂如甘油的分配能力方面是重要的。例如，显示了通过使用压电元件上的充电电阻器来控制结合驱动电压，可以分配具有粘性缓冲液如甘油的不同浓度的水性试剂。参见下面的表IV。使用更快的充电时间使得能够有效地分配更高的粘度。更重要的是，可以使用充电电阻器控制功能以相同的体积来分配一系列稀释液。充电电阻器的作用是在剪切毛细管内的流体时增加压电元件的加速度，从而提供粘性试剂通过孔的流速增加。
表IV
甘油百分比 电压 充电电阻器 体积
0 50V 15.5Ω 270pL
20 52V 10.5Ω 285pL
40 56V 7Ω 283pL
60 71V 5.5Ω 286pL
70 70V 1Ω 326pL
本文中所描述和说明的任何方法不限于所描述的动作顺序，也不必限于所阐述的所有动作的实践。在实践实施方式中可以使用其他动作顺序、或比所有动作少、或动作同时发生。
应当理解，本文中公开、教导或提出的值的任何范围包括其间的所有值和子范围。例如，5至10的范围将包括5与10之间的所有数值和在5与10之间的所有子范围。
根据前述描述将理解的是，已经公开了用于分配(和吸出)微量体积的流体的新颖方法。尽管已经以一定程度的特殊性描述了实施方式的部件、技术和各方面，但是明显的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以在上文描述的具体设计、配置和方法中进行许多改变。
虽然已经详细描述多个实施方式及其变体，但使用和诊断、测定、排列、医学、生物技术和其印刷应用的其他修改和方法对于本领域技术人员而言是明显的。因此，应当理解，在不脱离本公开内容的精神或权利要求的范围的情况下，可以对等同物进行各种应用、修改和替换。
在不脱离本公开内容的真实精神或范围的情况下，本领域技术人员可以设想到所公开的实施方式的各种修改和应用。应当理解，本公开内容不限于为了示例性的目的而在文中阐述的实施方式，而是仅通过公正地阅读所附权利要求来限定，本公开内容包括所授权的每个元件的等效性的全部范围。

Claims (10)

1.一种用于输送预定量液体的分配器，包括：
纵向换能器，包括：
毛细管，其具有位于所述毛细管的远端处的尖端；
压电致动器，其在与所述尖端邻近的位置处可操作地耦接至所述毛细管；
孔，其位于所述管的尖端处；以及
柔性供给管线，其位于所述毛细管的上游，并且被配置成耦接至所述毛细管并将液体供给至所述毛细管；
其中，所述压电致动器的致动使得压力波从所述毛细管的位置朝向所述毛细管的尖端传播，以使得所述毛细管的位置处的径向运动被变换为所述毛细管的尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使预定体积的液滴从所述孔中喷射出；
其中，所述毛细管具有在大约0.1×106psi至1.5×106psi范围内的弹性模量，从而抑制由所述致动引起的噪声并且提供大约50pL至1300pL的液滴大小范围上的单个液滴稳定性。
2.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述毛细管与所述柔性供给管线之间的耦接提供自对准特征。
3.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述毛细管与所述压电致动器之间的操作耦接被配置成允许更换所述毛细管，并且能够进行调节以提供足够的机械稳定性从而减少所述毛细管之间的液滴体积的变化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分配器，其中，所述毛细管与所述压电致动器之间的操作耦接为双V形夹具。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的分配器，其中，所述毛细管包括聚醚醚酮(PEEK)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的分配器，其中，所述毛细管包括限定所述孔的孔板。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的分配器，其中，所述孔板是镀金的镍或蓝宝石。
8.一种输送预定量液体的方法，包括：
使用自对准特征将柔性供给管线耦接至毛细管；
将液体从所述柔性供给管线供给至所述毛细管，其中，所述毛细管包括具有尖端和尖端处的孔的远端；
在沿所述毛细管的位置处将压电致动器耦接至所述毛细管，其中，所述压电致动器与所述毛细管之间的耦接被配置成允许更换毛细管并且能够进行调节以在所述压电致动器与所述毛细管之间提供基本上均衡的机械稳定性；
对所述压电致动器进行致动以使得压力波从所述位置沿所述毛细管朝向所述毛细管的尖端传播，并且使得所述位置处的径向运动被变换为所述尖端的轴向运动，从而使预定体积的液滴从所述孔中喷射出；其中，所述毛细管具有在大约0.1×106psi至1.5×106psi范围内的弹性模量，从而抑制由所述致动引起的噪声并且提供大约50pL至1300pL的液滴大小范围上的单个液滴稳定性。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：对所述压电致动器与所述毛细管之间的耦接进行调节，以减少所述毛细管之间的液滴体积的变化。
10.根据权利要求8或9所述的方法，还包括：对压电电压、充电电阻器进行调节或对电压和充电电阻器二者进行调节，以使得能够在相同的预定液滴体积下分配液体粘度的范围。
CN201580040999.5A 2014-07-25 2015-07-24 具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器 Active CN106687221B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462029152P 2014-07-25 2014-07-25
US62/029,152 2014-07-25
PCT/US2015/042056 WO2016014976A1 (en) 2014-07-25 2015-07-24 Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106687221A true CN106687221A (zh) 2017-05-17
CN106687221B CN106687221B (zh) 2020-07-03

Family

ID=55163853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580040999.5A Active CN106687221B (zh) 2014-07-25 2015-07-24 具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11148164B2 (zh)
EP (2) EP4424420A2 (zh)
CN (1) CN106687221B (zh)
WO (1) WO2016014976A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107013440A (zh) * 2017-05-23 2017-08-04 中国科学技术大学 嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法
CN107100831A (zh) * 2017-05-23 2017-08-29 中国科学技术大学 基于压电圆管扰动的微液滴主动制备装置及方法
CN108344612A (zh) * 2018-04-20 2018-07-31 大连理工大学 一种可精确调控的液滴发生系统
CN113164962A (zh) * 2018-12-05 2021-07-23 哈美顿博纳图斯股份公司 用于弹道排出在纳升范围内的计量总量的液体计量设备、液体计量方法及对此的移液吸头
CN114206421A (zh) * 2019-06-27 2022-03-18 精呼吸股份有限公司 小液滴经由电子呼吸致动液滴输送装置到呼吸系统的输送
CN115106143A (zh) * 2022-06-29 2022-09-27 合肥瀚海星点生物科技有限公司 一种高精度电动微量液体移液器
CN116100956A (zh) * 2023-02-22 2023-05-12 中国石油大学(华东) 一种基于受约束表面振荡的超高频电流体动力喷射系统、方法以及一种夹具
US11998939B2 (en) 2014-07-25 2024-06-04 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180037351A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-08 The Procter & Gamble Company Fluid Filling Nozzle, Apparatus, and Method of Filling a Container with a Fluid
WO2018235383A1 (ja) * 2017-06-21 2018-12-27 ソニー株式会社 サンプル送液装置、フローサイトメータ、およびサンプル送液方法
EP3738671A4 (en) * 2018-01-24 2021-03-24 Sniper (Beijing) Medical Technologies Co., Ltd MOTION CONTROL MECHANISM, LIQUID EMISSIONING PIPETTE TIP, MICRODROPLET GENERATOR, LIQUID DRIVE MECHANISM AND LIQUID CONTROL PROCEDURES, MICRODROPLE AND OVERSIZATION PROCEDURES
EP3739323A4 (en) 2018-01-24 2021-03-17 Sniper (Beijing) Medical Technologies Co., Ltd MICRO-DROPLET CONTAINER, MICRO-DROPLET CONTAINER PREPARATION PROCESS, MICRO-DROPLET LAYOUT PROCESS, MICRO-DROPLET FORMING KIT, TEMPERATURE CONTROL DEVICE, OILY PHASE COMPOSITION AND MICRO-DROPLET FORMATION ALLOWS THE MICRO-DROPLET FORMING PROCEDURE
WO2019165305A1 (en) 2018-02-23 2019-08-29 International Test Solutions, Inc. Novel material and hardware to automatically clean flexible electronic web rolls
US20230027598A1 (en) * 2019-02-15 2023-01-26 Cellsorter Kft. Piezoelectric micropipette
DE102019113679A1 (de) * 2019-05-22 2020-11-26 Hamilton Storage Gmbh Flüssigkeit-Screeningbaugruppe mit mechanischer Auslösung kleinster Flüssigkeitsmengen
TWI833024B (zh) * 2019-07-02 2024-02-21 美商英特格股份有限公司 取放機清潔系統及方法
US11756811B2 (en) 2019-07-02 2023-09-12 International Test Solutions, Llc Pick and place machine cleaning system and method
US11318550B2 (en) 2019-11-14 2022-05-03 International Test Solutions, Llc System and method for cleaning wire bonding machines using functionalized surface microfeatures
US11211242B2 (en) 2019-11-14 2021-12-28 International Test Solutions, Llc System and method for cleaning contact elements and support hardware using functionalized surface microfeatures
US11035898B1 (en) 2020-05-11 2021-06-15 International Test Solutions, Inc. Device and method for thermal stabilization of probe elements using a heat conducting wafer
US11473699B2 (en) 2020-06-26 2022-10-18 Biolytic Lab Performance, Inc Tubing support system
JP2022128909A (ja) * 2021-02-24 2022-09-05 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ノズル及び液体噴射装置
CN113797986B (zh) * 2021-10-11 2023-05-26 苏州美翎生物医学科技有限公司 一种可微调毛细管同轴排列的微流控芯片
EP4194093B1 (en) * 2021-12-07 2024-08-21 Scienion GmbH Method and dispenser apparatus for dispensing a liquid out of a vessel
WO2023205419A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-26 Astrin Biosciences, Inc. Feedback controlled microfluidic piezoelectric actuation assembly and use
DE102022211313A1 (de) 2022-10-25 2024-04-25 Biofluidix Gmbh Dosiermodul mit Betätigungsfenster
DE102023101757A1 (de) 2023-01-25 2024-07-25 droptical GmbH Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Tropfens einer Flüssigkeit
CN117559195B (zh) * 2024-01-11 2024-04-05 成都速易联芯科技有限公司 一种wafer端子联动组装机构及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2379315Y (zh) * 1999-06-16 2000-05-24 复旦大学 微量液体分配器笔头
WO2000050111A1 (en) * 1999-02-24 2000-08-31 Robert Martin Voges Piezo inhaler
CN1275099A (zh) * 1997-08-08 2000-11-29 电溶胶有限公司 一种分配装置
CN1315913A (zh) * 1998-07-07 2001-10-03 笛卡尔技术公司 用于微量液体移液的管尖设计和随机存取系统
US20020166961A1 (en) * 2001-03-29 2002-11-14 Berggren William Travis Droplet ion source for mass spectrometry
US20100273272A1 (en) * 2009-04-28 2010-10-28 Jeffrey Haas Piezoelectric system for portable explosive or drug detection
US20120304929A1 (en) * 2011-01-21 2012-12-06 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube
US20130206857A1 (en) * 2011-01-21 2013-08-15 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6063339A (en) 1998-01-09 2000-05-16 Cartesian Technologies, Inc. Method and apparatus for high-speed dot array dispensing
US8414774B2 (en) * 2001-04-25 2013-04-09 Agilent Technologies, Inc. Systems and methods for high-throughput screening of fluidic samples
EP4424420A2 (en) 2014-07-25 2024-09-04 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1275099A (zh) * 1997-08-08 2000-11-29 电溶胶有限公司 一种分配装置
CN1315913A (zh) * 1998-07-07 2001-10-03 笛卡尔技术公司 用于微量液体移液的管尖设计和随机存取系统
WO2000050111A1 (en) * 1999-02-24 2000-08-31 Robert Martin Voges Piezo inhaler
CN2379315Y (zh) * 1999-06-16 2000-05-24 复旦大学 微量液体分配器笔头
US20020166961A1 (en) * 2001-03-29 2002-11-14 Berggren William Travis Droplet ion source for mass spectrometry
US20100273272A1 (en) * 2009-04-28 2010-10-28 Jeffrey Haas Piezoelectric system for portable explosive or drug detection
US20120304929A1 (en) * 2011-01-21 2012-12-06 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube
US20130206857A1 (en) * 2011-01-21 2013-08-15 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11998939B2 (en) 2014-07-25 2024-06-04 Biodot, Inc. Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube
CN107013440A (zh) * 2017-05-23 2017-08-04 中国科学技术大学 嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法
CN107100831A (zh) * 2017-05-23 2017-08-29 中国科学技术大学 基于压电圆管扰动的微液滴主动制备装置及方法
CN107013440B (zh) * 2017-05-23 2020-06-26 中国科学技术大学 嵌入压电叠堆扰动的微液滴主动制备装置及方法
CN108344612A (zh) * 2018-04-20 2018-07-31 大连理工大学 一种可精确调控的液滴发生系统
CN113164962A (zh) * 2018-12-05 2021-07-23 哈美顿博纳图斯股份公司 用于弹道排出在纳升范围内的计量总量的液体计量设备、液体计量方法及对此的移液吸头
CN113164962B (zh) * 2018-12-05 2023-06-27 哈美顿博纳图斯股份公司 液体计量设备和液体计量方法
CN114206421A (zh) * 2019-06-27 2022-03-18 精呼吸股份有限公司 小液滴经由电子呼吸致动液滴输送装置到呼吸系统的输送
CN115106143A (zh) * 2022-06-29 2022-09-27 合肥瀚海星点生物科技有限公司 一种高精度电动微量液体移液器
CN116100956A (zh) * 2023-02-22 2023-05-12 中国石油大学(华东) 一种基于受约束表面振荡的超高频电流体动力喷射系统、方法以及一种夹具
CN116100956B (zh) * 2023-02-22 2023-11-10 中国石油大学(华东) 一种基于受约束表面振荡的超高频电流体动力喷射系统、方法以及一种夹具

Also Published As

Publication number Publication date
EP3171985A4 (en) 2018-03-14
US11998939B2 (en) 2024-06-04
EP3171985B1 (en) 2024-04-10
EP4424420A2 (en) 2024-09-04
CN106687221B (zh) 2020-07-03
WO2016014976A1 (en) 2016-01-28
US11148164B2 (en) 2021-10-19
EP3171985A1 (en) 2017-05-31
US20220305515A1 (en) 2022-09-29
US20170203322A1 (en) 2017-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106687221A (zh) 具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器
CN103429348B (zh) 具有纵向变换器和可替换毛细管的压电分配器
US20130206857A1 (en) Piezoelectric dispenser with a longitudinal transducer and replaceable capillary tube
US7467751B2 (en) Methods and apparata for precisely dispensing microvolumes of fluids
US7160511B2 (en) Liquid pipetting apparatus and micro array manufacturing apparatus
US7470547B2 (en) Methods and systems for dispensing sub-microfluidic drops
US11001797B2 (en) Devices and methods for in vitro aerosol delivery
EP3752365B1 (de) Druckkopf und druckverfahren
US20020168297A1 (en) Method and device for dispensing of droplets
JP2006010701A (ja) 基板にスポットするための装置および方法
CN103402907A (zh) 微流体微滴发生器
US11097544B2 (en) Liquid discharging head and liquid discharging apparatus
CN1986229A (zh) 基因芯片点样喷头
US6599755B1 (en) Method and device for applying small quantities of liquid
JP2020092692A (ja) 液吐出ヘッド及び液吐出装置
US7294309B1 (en) Small volume liquid handling apparatus and method
JP2000329771A (ja) 分注装置
JP7073805B2 (ja) 液滴形成ヘッド、液滴形成装置、及び液滴形成方法
WO2002092228A2 (en) A method and device for dispensing of droplets
Li et al. Technology developments of micro fluid dispensing
US20040035948A1 (en) Liquid transfer device
WO2016144262A1 (en) Apparatus and method for liquid dispensing
Steinert TopSpot Vario: A novel microarrayer system for highly parallel picoliter dispensing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant