CN109715292A - 具有致动器系统的紧凑的阀阵列 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于化合物的按需合成/分析和/或诊断应用的系统。通常，任何需要低成本二元开关阀阵列以用于以空间紧凑的形式来快速(<100ms)切换气体或液体的应用与本文所描述的系统兼容。

Description

具有致动器系统的紧凑的阀阵列
背景
本公开涉及微型流体和微流体领域。更具体地，本公开涉及包括流体二元开关阵列的系统，该系统实现在三维通道网络内操纵液体和气体。流体二元开关阵列由可重复使用元件和一次性元件组成，其中仅一次性元件暴露于工艺流体。进一步地，一次性元件被设计成无需工具即可通过人工或简单的线性自动化来方便且快速地更换。
许多化学处理应用和生物化学处理应用使用单次使用的一次性用品来简化生产并确保产品的质量。一次性用品通过减少或避免对诸如系统设置验证和校验、清理以及清理校验之类的步骤的需求来帮助实现这一目标。仅工艺液体和最终产品暴露于一次性元件。虽然一次性用品简化了在化学或生物化学工艺中实现和维持质量的程序，但在不导致由复杂的结构、材料或制造工艺产生的过高的成本的情况下，一次性部件和与一次性部件接口连接的系统对于制造/组装而言是具有挑战性的。在工业生物加工中单次使用的一次性用品的示例为GE医疗生命科学准备处理WAVE 25(GE Healthcare Life SciencesReadyToProcess WAVE 25)细胞培养设备。在放射性药物制备中单次使用的一次性用品的示例为用于合成正电子发射断层扫描(PET)示踪剂(诸如氟脱氧葡萄糖(FDG))的GEHealthcare FASTlab盒。
在需要多个化学步骤的程序(诸如正电子发射断层扫描(PET)示踪剂合成)中，使用旋转旋塞阀和管道夹管阀，其中旋转旋塞阀是最常见的。旋转旋塞阀作为单独的件或作为集成的串联组。在集成的串联组的情况下，将由25个或更多个串联连接的阀组成的阀阵列制造成单个零件，以减少需要组装的单独的零件的数量。阀提供工艺流体控制，并且是一次性元件中的关键部件中的一个关键部件。阀经由管道和配件连接到其它所需的部件，诸如泵、过滤器和反应器。
旋转阀、其它基本部件(诸如泵、过滤器、反应器和管道)的组合可得到完整的一次性用品。该一次性用品与试剂一起被称为一次性套件。已经证明这些套件是成功的，然而使用管道和将成组的阀串联连接作为单个部件具有局限性。具有配件和其它零件的管道的组装是难以自动化的工艺，并且利用了所描述的一次性用品的应用通常不具有制造量以证明投资到将管道布设到组件中的自动化的合理性。这意味着管道是通过手工组装的。使用串联阀组来减少组件中单独的零件的数量限制了流体的路线的总体灵活性，这可导致不期望的或非直观的流体路线以避免交叉污染。此外，由于部件以及它们需要适于手工组装的限制，所以倾向于难以减少死体积。在使用昂贵化合物的应用中，减少死体积是必不可少的，因为倾向于尽可能小的工艺量。
在本领域需要在一次性套件中的部件之间的稳固的物理接口的情况下，微型流体和微流体以及集成的歧管是减少或消除管道使用的技术。
发明内容
本文描述了用于一次性部件上的流体控制和处理的系统，所述系统可用于合成、分析以及需要对材料的化学处理的其它应用。通常，任何需要低成本二元开关阀阵列以用于以空间紧凑形式快速(<100ms)切换气体或液体的应用与本文所描述的系统兼容。所述系统包括一次性微型开关阵列，所述一次性微型开关阵列由四个功能元件组成：一次性聚合物基板，所述一次性聚合物基板表面上密集地集成有隔膜阀；可重复使用的集成气动螺线管柱塞阵列，所述可重复使用的集成气动螺线管柱塞阵列用于单独地致动阀；连接器阵列，所述连接器阵列将一次性聚合物基板接口连接到工艺所需的材料的源和汇；以及阻尼层，所述组尼层位于阀阵列与柱塞阵列之间，并且用于软化来自致动器的冲击力以增加一次性阀阵列的寿命。柱塞阵列是利用了被分配到所有柱塞的一个气动馈送线以及到每个柱塞螺线管的单独电连接的单个件。在一次性用品泄漏的故障情况下，阻尼膜还是隔离并保护柱塞阵列免受化学泄漏的屏蔽件。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：
图1示出了具有柱塞2、阻尼层3和一次性单片芯片4的阀致动器块1的计算机辅助设计(CAD)渲染图。
图2示出了包括导向槽6中的一次性单片芯片以及设置在连接器板5上的具有连接器9的连接器板5的本文所述系统的CAD渲染图。
图3示出了图2的系统，其中阀致动器块附接到固定装置7。
图4示出了替代实施例中的系统的CAD渲染。
图5示出了图4的系统的CAD渲染，其中阀致动器块附接到固定装置7。
图6示出了关于对阀进行切换直至不同配置故障的筛选实验的结果。
图7示出了阵列中的阀的示意性截面。
图8示出了阵列中的单独的阀10，所述阀10可通过柱塞40操作，所述柱塞40将阀座43压向阀座43并且按压隔膜41抵靠阀座43。
具体实施方式
本文描述了用于流体工艺自动化的系统和方法，其通常包括多个步骤，例如化合物的合成、平行地从几个样品中纯化或分离分析物等。该系统包括流体二元开关阵列，该流体二元开关阵列实现在三维通道网络内操纵流体，并且被设计成允许快速且容易的安装。
该系统包括一次性阀阵列及其与空间密集的电动气动致动器阵列和阻尼层的组合。通过将结构化部件的数量减少到单个单片件/复合件(所述单个单片件/复合件通过利用可变形箔不可逆地接合一个或多个注塑元件来形成)，可以以低成本来制造一次性阀阵列芯片。箔可由相同的聚合物或不同的聚合物来形成。由一种材料或材料族构建一次性部件的能力降低了成本、提高了可靠性并且开辟了需求(和监管控制)的应用(诸如按需合成可注射的药物化合物)。密集的电动气动致动器阵列提供合适的致动力，而不会对一次性阀元件的密度作出限制。阀阵列可从单独的阀扩展到大型阵列，能够承受各种工艺流体和工艺条件，结构紧凑，并且与其它系统中的传统旋转阀相比，所述阀阵列的切换行为更具动态性。
因此，高的阀密度和快速的阀动力学(通过利用电动气动致动器阵列来实现)、延长的寿命(通过在阀柱塞和与一次性阀阵列之间结合阻尼片来实现)、低的死体积(通过使用微流体阀设计和集成的流体互连来实现)、由于阀的尺寸和材料而造成的阀的正和负(相对于外部压力)切换能力赋予了优于现有系统的工艺改进。一次性部件是与工艺气体或液体接触的唯一部件。这消除了每次更换一次性用品时两次运行之间的交叉污染，从而改进了工艺可靠性。进一步地，可在制造后在单个步骤中对一次性部件进行γ灭菌，或者由于用于模制的高温和某些类型的箔接合而在制造期间对一次性部件进行热灭菌。
除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代。如本文所使用的，术语“或”并不是排他性的，并且是指存在的所引用的部件中的至少一个部件，且包括其中可存在所引用的部件的组合的实例，除非上下文另有明确指示。
如在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可被应用于修改任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”和“基本上”)修饰的值不限于所指定的精确值。在一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
在一个方面中，本文提供了流体二元开关系统，包括：
(i)阀致动器块，该阀致动器块附接到固定装置并且包括二维柱塞阵列，每个柱塞具有相应的可单独寻址的致动器；
(ii)一次性单片芯片，该一次性单片芯片定位在固定装置上的导向槽中并且包括
(a)隔膜阀的二维阵列；
(b)隔膜阀之间的互连通道；以及
(c)用于隔膜阀的流体端口；
其中，固定装置将阀致动器块中的柱塞与单片芯片中的对应的隔膜阀对齐。
该系统的各种特征在图1、图2、图3、图4和图5中示出。图1示出了具有柱塞2、阻尼层3和一次性单片芯片4的阀致动器块1的计算机辅助设计(CAD)渲染图。术语“单片”或“单片的”是指连续的件或部件或零件(例如，单片芯片)。替代性地，单片可以具有几个部件，这些部件被装配或被接合或以其它方式被连接以形成连续的件或零件(例如，单片件25)。
参考图2、图3和图5，该系统包括固定装置7，该固定装置7为具有搁架/堆叠的刚性工作台或支架。固定装置上的部件滑动或卡扣(click)或插入或附接到位。固定装置刚性地固定阀致动器块1并且允许芯片4中的隔膜阀阵列与阀致动器块1中的对应的致动器对齐。固定装置也使连接器阵列9与芯片4中的隔膜阀阵列对齐。系统中的部件之间的连接/对齐通过单个线性运动同时平行地进行。
单片一次性芯片4设计用于在不需要工具的情况下快速且容易地插入和弹出系统。为了满足这一要求，芯片4被设计成不具有到系统的其余部分的永久连接或悬挂连接。芯片4还被空间上限定，并且在可接受的阀致动器到阀未对齐的长度范围上是刚性的，以便能够可靠且容易地将芯片4插入系统中以及从系统中移除。在此情境中，空间上限定意味着零件的外部包络及其子部件的位置由设计来确定。相比之下，未由该定义在空间上限定的件的示例是通过柔性管连接在一起的三个子部件，因为由于管道的柔韧性和没有刚性结构来限制柔性零件，所以三个子部件的位置和管道的形状不是由设计来确定的。固定装置上的导向槽6允许容易地安装芯片4。一次性单片芯片包括二维阵列中的多个隔膜阀10、位于隔膜阀中/隔膜阀之间的多个流体端口以及将阀与流体端口连接的三维通道网络。在图2中所示的实施例中，阀的二维阵列描述了以二维互连矩阵布置的阀，并且不是简单地被布置在例如表面上的蛇形管中用于覆盖二维区域的阀的一维串联连接。阀阵列的其它变体对于本领域技术人员来说是明显的，并且这些变体在本文所呈现的实施例的范围内。
在一些实施例中，一次性单片芯片包括一层或多层片、板或箔或它们的组合。在此类实施例中，芯片包括聚合物、玻璃、陶瓷(诸如低温共烧陶瓷(LTCC))、3D打印的材料或激光烧结的材料、金属(诸如钢、黄铜、铝)或它们的组合的片、板或箔。在一个非限制性示例中，通过使用聚合物膜/板/箔的层(该聚合物隔膜/板/箔的层具有雕刻或蚀刻或以其它方式形成在聚合物材料上的通道/凹槽)来设计芯片中的三维通道网络。类似地，可在基板上加工或模制阀座。将聚合物膜/板/箔接合以形成最终的单片一次性芯片，所述最终的单片一次性芯片包括隔膜阀之间的互连通道的三维网络。
在一组实施例中，阵列中的隔膜阀包括中心端口，该中心端口与隔膜下方的第二端口隔离或流体连接，其中在致动阀致动器块中的对应的柱塞时，通过隔膜的变形来控制所述中心端口与所述第二端口之间的连接。参考图7和图8，一次性芯片4上的隔膜阀的二维阵列中的每个隔膜阀10具有垂直于隔膜的中心端口45，即通过隔膜41的变形来按需隔离或流体连接到隔膜下方的第二端口46。通过来自致动器阵列中的致动器中的一个致动器的压力来使隔膜41变形。将来自致动器的力集中在阀座(该阀座的面积足够小并且具有足够好的表面质量)上，以允许隔膜与相同材料的阀座之间的密封。这是在没有阀座或隔膜的塑性变形的情况下实现的，同时使致动器所需的力最小化，以使致动器的尺寸最小化并因此增加阵列中的阀的密度。取决于在处于关闭状态的隔膜下方的主腔室中的压力，隔膜下方的第二端口46相对于隔膜的开放外表面上的环境压力可被配置成输入或输出端口。
用于使隔膜41返回到打开状态的恢复力取决于隔膜的弹性。隔膜的恢复力大于隔膜上的压差所产生的力。此外，在具有通过多个通道(其中多个通道在单个阀处会聚)连接的多个阀的网络配置中，对每个隔膜阀的入口和出口的选择是基于系统的期望的应用来进行的。仅作为示例，当利用隔膜阀来通过单个阀将真空源隔离时，当隔膜阀阵列和互连通道在1巴绝对值的环境压力下操作时，系统中的最低压力将连接到通过隔膜位置来切换(关闭或打开)的中心端口。当平行地利用两个隔膜阀时(其中一个阀连接到必须与系统的其它部分可靠地隔离的通道)，，无论压力如何，要隔离的通道应连接到隔膜阀的中心端口，以避免由于差分系统压力而导致的来自通道的替代性上游路线的流动。
对于每个阀10，隔膜下方的阀区域的内部形状被设计成使死区体积最小化，因为每当阀插入流体路径时该区域被填充或清洗。在传统的阀中，阀座43通常由在可能的情况下具有最小面积的硬质材料制成，以便在将隔膜向下压向阀座时增加阀座区域中的压力，从而改进针对任何给定力的密封。通过将阀座模制到基板(芯片主体)42中并且在阀座之上层压可变形隔膜41来制造具有二维隔膜阀阵列的一次性单片芯片。当隔膜41是由较软的聚合物制成的时，复制硬─软的典型配置。在本文所描述的一些实施例中，一次性设备中的阀座和阀隔膜由相同的材料制成，并且通过本文所描述的几何设计、力和操作模式实现了良好的、可再现的密封而没有塑性变形。
需要快速的致动器动力学来实现快速的阀切换响应(<100ms打开至关闭并再次打开)。这种类型的致动器运动(其与所使用的致动器的类型无关)可导致致动器柱塞与阀隔膜之间的强力冲击，从而引起阀隔膜的加速的疲劳和破裂。当这是一个问题时，可通过在致动器阵列与阀阵列之间插入阻尼片来解决该问题。
因此，在一个实施例中，该系统进一步包括设置在阀致动器块与一次性单片芯片之间的阻尼层，如图1中所示。在一组实施例中，当致动了阀致动器块中的一个或多个柱塞时，阻尼层是朝向隔膜阀阵列中的一个或多个隔膜阀凹槽可逆地可变形的，如图8中所示。
阻尼膜是针对每个致动器柱塞上的软尖端的低成本、可扩展的替代性方案，并且发现阻尼膜将阀寿命增加了五倍(基于连续的切换周期的测量)。通过将致动器行程减小到其最小值，可进一步最小化该问题，以使在冲击时的致动器柱塞动量最小化。图6示出了对阀进行切换直至不同配置的故障为止的筛选实验的初始结果：(1)没有阻尼元件，(2)添加到柱塞的PTFE尖端，(3)PTFE阻尼层(127μm厚度)，(4)2x PTFE阻尼层(每个阻尼层127μm)，(5)PTFE阻尼层(127μm)+胶带(～150μm厚)。从图6中可看出，阻尼层的存在允许在断裂之前进行更高数量的致动。
除了延长隔膜41的寿命之外，也可将阻尼层3以将一次性单片芯片的装载隔室与致动器阵列物理隔离的方式集成在系统中。在此类实施例中的一些实施例中，阻尼层/膜形成密封的隔室，使得阀致动器块的柱塞位于密封的隔室的外侧上且隔膜阀阵列位于密封的隔室的内侧上。在此类实施例中，一次性单片芯片是与工艺气体或液体接触的唯一部件，柱塞和致动器不接触工艺气体或液体，从而减少致动器机器与腐蚀性流体的接触并且减少更换零件的需要。在某些故障状况(诸如阀或芯片断裂或破裂，或者其中在芯片与连接器板之间存在不完全的密封的故障状况下)下，工艺流体有可能泄漏出系统。在此类情况下，通过阻尼层来与致动器阵列物理隔离的芯片隔室起到保护致动器阵列免受工艺流体影响的附加功能，并且也可简化清洁过程。
在一些实施例中，阻尼层包括环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、硅树脂、含氟弹性体(包括但不限于和其它FKM衍生材料)、全氟弹性体(包括但不限于和其它FFKM衍生材料)、聚对二甲苯或涂覆有聚对二甲苯的材料或它们的组合。该阻尼层通常具有约0.05mm至约2mm的厚度。
如图2、图3、图4和图5中所示，一次性单片芯片4具有第一表面和第二表面，该第一表面包括由阀致动器块的柱塞来致动的隔膜阀的二维阵列，并且该第二表面可操作地耦接到连接器板5。连接器板5具有设置在其上的连接器9。在本文所描述的实施例中，连接器实现在隔膜阀与试剂储存室、反应容器、分离柱(例如，高压液体凝胶色谱柱、二氧化硅或氧化铝柱、离子交换柱等)、过滤器、废料储存室、真空管线、气体管线、测量仪器或它们的组合之间的平行流体连接。
在一组实施例中，连接器板附接到一次性单片芯片4，如图4和图5中所示。参考图4，连接器板5本身为包括过滤器30、分离柱31、溶剂或试剂或废料储存室32等的单片件，，该连接器板5通过连接器22附接并且附接到包括阀阵列的一次性单片芯片4上。在此类实施例中，一次性单片芯片和附接有附加部件的连接器板形成单片件25，该单片件5可插入固定装置7上的导向槽6中，如图5中所示。在此类实施例中，连接到单片芯片的连接器板一起形成单次使用的一次性用品25。
在另一组实施例中，连接器板未附接到一次性单片芯片，如图2和图3中所示。在此类实施例中的一些实施例中，设置在连接器板上的连接器为锥形连接器或O形环连接器。图2和图3示出了导向槽6中的一次性单片芯片4以及连接器板5，该连接器板5上设置有连接器9。系统的各种部件附接或安装在固定装置7上。用于机械夹紧、配合、密封和锁定芯片的致动器和传动系统8用于增加或减少连接器板5与阀致动器块1之间的间隔。当间隔大时，可将一次性芯片滑入导向槽6中。当间隔减少时，将一次性芯片在固定装置7中保持就位，并且将一次性芯片机械地接口连接到连接器板5和阀致动器块1。在该实施例中，连接器板在多次运行中是可重复使用的(即，不随芯片丢弃)。
在各种实施例中，一次性整体式芯片包括环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)、氟化聚合物(包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)或乙烯四氟乙烯(ETFE))、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅树脂(诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、玻璃、陶瓷(诸如低温共烧陶瓷(LTCC))、3D打印的材料或激光烧结的材料、金属(诸如钢、黄铜、铝)或它们的组合。
在某些情况下，阀致动器阵列是电动气动阵列。在本文描述的实施例的范围内预期其它致动器，包括但不限于被附接到电磁螺线管、电磁电机或气动致动器、压电致动器、液压致动器或相变致动器的直接驱动柱塞。替代性地，柱塞可经由连杆系统或鲍登(Bowden)缆线附接到任何类型的远程致动器，因此允许致动器柱塞在空间上布置而不受致动器尺寸的限制。电动气动阵列由3/2电磁螺线管阀的二维阵列组成。一个端口连接到致动压力供应管线，一个端口连接到排出管线，并且最终端口连接到弹簧加载的气动致动器活塞的腔室。在阀阵列中，每个螺线管阀连接到相同的压力供应管线和排出管线，但是单独地进行电气寻址。这种布置将外部阀致动器阵列气体连接的数量减少到仅两个，简化了阀致动器阵列的集成并且减少了气体配件所需的空间。
在一些实施例中，隔膜阀阵列中的每个单独的阀具有在约3mm至约5mm的范围内的直径，且阵列中的阀与阀之间的间隔是约8mm。
在一些实施例中，阀致动器块包括单独的气动活塞，气动力有效直径在约2mm至约15mm的范围内并且操作压力在约1巴至约10巴的压力范围内。
在上述任何实施例中，一次性单片芯片为经γ灭菌的一次性单片芯片。在上述实施例中的任何实施例中，一次性单片芯片为经热灭菌的一次性单片芯片。
本文也提供了用于流体工艺的自动化的方法，包括：
提供流体二元开关系统，该流体二元开关系统包括固定装置，该固定装置具有附接的阀致动器块和导向槽，
其中阀致动器块包括柱塞的二维阵列，每个柱塞具有对应的可单独寻址的致动器；
将一次性单片芯片置于导向槽中，
其中一次性单片芯片包括
(a)隔膜阀的二维阵列；
(b)隔膜阀之间的互连通道；以及
(c)用于隔膜阀的流体端口；
通过设置在连接器板上的连接器，在隔膜阀与试剂储存室、反应容器、分离柱、过滤器、废料储存室、真空管线、气体管线、测量仪器或它们的组合之间建立平行流体连接；以及
在系统上执行一个或多个流体工艺运行。
在该方法的一些实施例中，流体工艺包括化合物的串联合成、平行合成或分析。在此类实施例中的一些实施例中，流体工艺包括放射性药物的合成。在进一步的实施例中，流体过程包括平行地从几个样品中合成化合物、纯化或分离分析物等。
在使用时，在系统处于打开状态的情况下，将一次性单片芯片插入固定装置导向槽中，其中连接器板5或单次使用的一次性用品25处于缩回位置。在芯片完全插入固定装置中的导向槽并且调整尺寸以适于粗略对齐之后，线性致动器使连接器板5或单次使用的一次性用品25与芯片形成接触。在该单个运动中，所有流体连接都是同时形成的。同时，芯片与固定装置以及被刚性地附接到固定装置的任何其它元件(诸如辐射检测器和光学检测器)精准对齐，并且芯片也被夹紧就位。芯片保持被夹紧，机械地接口连接到致动器块且流体连接到系统，直到线性致动器从芯片抽出连接器板5和阀致动器块1为止。
当连接器和试剂储存室永久地附接到连接器板和一次性单片芯片时，固定器导向槽被设计成接受芯片、连接器板和试剂储存室的组合。再次，系统在插入时处于打开状态，并且以单个线性运动来将单次使用的一次性用品25夹紧就位。
在使用由环烯烃共聚物(COC)制成的微流体隔膜阀的典型实验室情况中的PET示踪剂合成的示例情况下，以下内容近似代表了需要满足的要求。
应使得一次性单片芯片在平面内尽可能地紧凑，以减小相关联的辐射屏蔽的尺寸和质量。各个隔膜阀的直径范围为约1mm至约15mm，阀之间的间隔也根据应用而变化。在隔膜阀阵列内，各个阀可以具有相同的或不同的直径。仅作为示例，在一个实例中，隔膜阀阵列中的每个单独的阀具有范围为从约3mm到约5mm的直径，并且阵列中的阀与阀之间的间隔为约8mm。取决于阀尺寸，关闭隔膜阀所需的力的范围为约1N至100N。实验室的正常气压为4巴至10巴。阀关闭─打开─关闭循环时间<100ms，且在一些实施例中，阀关闭─打开─关闭循环时间<50ms。
一次性单片芯片与不直接附接到芯片的远程试剂储存室之间需要互连。阵列内的各个气动活塞可具有相同或不同的直径，气动力有效直径在约2mm至约15mm的范围内，并且操作压力在约大气压至约10巴的压力范围内，例如，其中活塞具有约6mm的气动力有效直径并且在约5巴的压力下操作的实施例。
为了构造该系统，包括集成在连接器板中的锥形连接器的连接器板刚性地附接到固定装置并与固定装置对齐，如图3中所示。试剂储存室经由管道、毛细管、套管等与连接器板接口连接。这种设置允许芯片易于更换，但是试剂储存室和连接器板可多次使用。在该实施例中，连接器板和连接器可能是不同运行之间的潜在的交叉污染的源。
在第二类似的PET示踪剂合成示例中，通过使用热、辐射或化学清洁和灭菌技术来对连接器板和连接器进行原位清洁或消毒，从而消除前述示例中的不同运行之间的潜在的交叉污染。
在第三类似的PET示踪剂合成示例中，如图4和图5中所示，连接器板永久地附接至芯片，并在这样做时，通过连接器板实现试剂储存室与芯片之间的永久连接。在该情况下，不需要在夹具与芯片之间进行精准对齐以用于可靠的流体连接，因为在芯片与连接器板(芯片与连接器板一起形成一个单次使用的一次性部件)之间形成了所有的流体连接。
虽然在本文中仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有的这些修改和变化。

Claims (20)

1.一种流体二元开关系统，包括：
(iii)阀致动器块，所述阀致动器块附接到固定装置并包括柱塞的二维阵列，每个柱塞具有对应的可单独寻址的致动器；
(iv)一次性单片芯片，所述一次性单片芯片定位在所述固定装置上的导向槽中，并且所述一次性单片芯片包括
(a)隔膜阀的二维阵列；
(b)互连通道，所述互连通道位于所述隔膜阀之间；以及
(c)流体端口，所述流体端口用于所述隔膜阀；
其中所述固定装置将所述阀致动器块中的所述柱塞与所述单片芯片中的对应的隔膜阀对齐。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括阻尼层，所述阻尼层设置在所述阀致动器块与所述一次性单片芯片之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述阻尼层形成密封的隔室，使得所述阀致动器块的所述柱塞位于所述密封的隔室的外侧上且所述隔膜阀阵列位于所述密封的隔室的内侧上。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述阀致动器块中的一个或多个柱塞被致动时，所述阻尼层是朝向所述隔膜阀阵列中的一个或多个隔膜阀凹槽可逆地可变形的。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述阻尼层包括：环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、硅树脂、含氟弹性体、全氟弹性体、聚对二甲苯或涂覆有聚对二甲苯的材料或以上的组合。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一次性单片芯片具有：第一表面，所述第一表面包括所述隔膜阀的二维阵列，所述隔膜阀由所述阀致动器块由柱塞来致动；以及第二表面，所述第二表面可操作地耦接到连接器板。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述连接器板附接到所述一次性单片芯片。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述固定装置上的所述导向槽接纳所述连接器板，所述连接器板附接到所述一次性单片芯片。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述连接器板不附接到所述一次性单片芯片。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述连接器板包括连接器的阵列，所述连接器设置在所述连接器板上。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，设置在所述连接器板上的所述连接器是锥形连接器或O形环连接器。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述连接器实现所述隔膜阀与试剂储存室、反应容器、分离柱、过滤器、废物储存室、真空管线、气体管线、测量仪器或以上的组合之间的平行流体连接。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一次性单片芯片包括：一层或多层的片、板或箔或以上的组合。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述一次性单片芯片包括：环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、硅树脂、玻璃、陶瓷、3D打印的材料或激光烧结的材料、金属或以上的组合。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔膜阀包括中心端口，所述中心端口与所述隔膜下方的第二端口隔离或者流体连接到所述隔膜下方的所述第二端口，其中当所述阀致动器块中的对应的柱塞被致动时，所述中心端口与所述第二端口之间的所述连接由所述隔膜的变形来控制。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阀致动器阵列是电动气动阵列。
17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔膜阀阵列中的每个单独的阀的直径的范围为从约1mm至约15mm。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阀致动器块包括单独的气动活塞，所述气动活塞的气动力有效直径的范围为从约2mm至约15mm，并且所述气动活塞在范围为从约1巴至约10巴的压力下操作。
19.一种用于流体工艺的自动化的方法，包括：
提供流体二元开关系统，所述流体二元开关系统包括固定装置，所述固定装置具有附接的阀致动器块和导向槽，
其中所述阀致动器块包括柱塞的二维阵列，每个柱塞具有对应的可单独寻址的致动器；
将一次性单片芯片置于所述导向槽中，
其中所述一次性单片芯片包括
(a)隔膜阀的二维阵列；
(b)互连通道，所述互连通道位于所述隔膜阀之间；以及
(c)流体端口，所述流体端口用于所述隔膜阀；
经由设置在连接器板上的连接器来在所述隔膜阀与试剂储存室、反应容器、分离柱、过滤器、废物储存室、真空管线、气体管线、测量仪器或以上的组合之间建立平行流体连接；以及
在所述系统上执行一个或多个流体工艺运行。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述流体工艺包括化合物的串联合成、平行合成或分析。
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