CN110494544A - 用于在微量盘中剪切细胞材料的超声系统 - Google Patents

用于在微量盘中剪切细胞材料的超声系统 Download PDF

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Abstract

所公开的实施例包括说明性压电元件阵列组件、制造压电元件阵列组件的方法、以及用于剪切细胞材料的系统和方法。作为非限制性示例给出，说明性压电元件阵列组件包括至少一个压电元件，其配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量。透镜层结合到至少一个压电元件。透镜层具有形成在其中的多个透镜，所述透镜配置为将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到与透镜层超声连通的一次性微量盘的多个孔中，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。

Description

用于在微量盘中剪切细胞材料的超声系统
技术领域
本公开涉及用于剪切细胞材料的超声系统。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
样品制备是在分析生物样品之前进行的预备步骤之一。样品制备通常涉及将材料分解成细胞或亚细胞片段。一个特别的应用是将DNA或染色质分解(或剪切)成较小的片段。超声波是一种分解材料的已知方法。在一些现有技术的装置中，将生物样品放入试管，将该试管放入液池中并经受高强度超声波——类似于珠宝清洁机，但具有更高的功率水平。为了避免样品的不均匀曝光，在处理时，在可变超声场内移动试管。虽然这种方法确实有效，但它仅限于一次处理一个(或几个)试管样品，从而导致处理时间长。此外，非均匀超声场可能产生热点和冷点，这需要移动试管以获得一致的剪切。
为了提高细胞处理的通量，一些目前已知的系统分析微量盘中的细胞样品。如本领域技术人员所理解的，微量盘是包含孔阵列的托盘，其中可以放置样品用于分析。使用微量盘的优点包括：用自动化设备处理这种托盘并同时处理多个样品，而不用将样品从一个容器移动到另一个容器。
目前已知的用于在微量盘中剪切细胞样品的系统使用延伸到孔中的超声振动针。然而，这会导致各孔之间的交叉污染，并且需要对针进行大量清洁。它对组织样本也不是很有用。此外，最终质量很大程度上取决于样品中尖端的确切位置。
另一种目前已知的方法使用位于单个孔下方的大型超声换能器并将能量聚焦在孔内。聚焦的超声能量对在孔中的样品材料中产生空穴作用，但是一次仅处理一个孔。对于96元素微量盘，剪切所有样品的处理时间可能超过几个小时，在此期间一些样品可能会降解。
另一种目前已知的方法使用处理8或12个一列或一行的DNA样品的装置——但它不能处理染色质。该装置是96个孔的子集——不是整个微量盘。
另一种目前已知的处理微量盘中细胞材料的方法是在每个孔下面放置单个超声换能器。参见，如Hahn等人的美国专利No.6,699,711("Hahn")。然而，当试图用Hahn专利中描述的系统试验用于分析包括DNA和染色质的生物材料时，发现该系统在不弄坏换能器的情况下无法剪切染色质。
另一种目前已知的方法使用大型超声喇叭，其中一次处理整个微量盘。然而，由于系统在低kHz频率下工作并且存在导致不均匀处理的热点/冷点，因此不能均匀地处理孔。
发明内容
所公开的实施例包括说明性压电元件阵列组件、制造压电元件阵列组件的方法、以及用于剪切细胞材料的系统和方法。
在一个实施例中，提供了一种说明性压电元件阵列组件。压电元件阵列组件包括至少一个压电元件，其配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量。透镜层结合到至少一个压电元件。透镜层具有形成在其中的多个透镜，所述透镜配置为将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到与透镜层超声连通的一次性微量盘的多个孔中，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
在另一个实施例中，提供了一种制造压电元件阵列组件的说明性方法。该方法包括：提供至少一个压电元件，其配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；将透镜层结合到所述至少一个压电元件上，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜，所述透镜配置为将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到与透镜层超声连通的一次性微量盘的多个孔中，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
在另一个实施例中，提供了用于剪切细胞材料的说明性系统。该系统包括配置成产生超声驱动脉冲的信号发生器。放大器电耦合到信号发生器并配置成放大超声驱动脉冲。压电元件阵列包括：至少一个压电元件，该压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；多个透镜，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件，并且其中所述多个透镜中的单个透镜配置为将超声能量聚焦到微量盘的多个孔中的单个孔中。
在另一实施例中，说明性方法包括：产生超声驱动脉冲；放大超声驱动脉冲；利用响应于放大的驱动脉冲的至少一个压电元件产生超声能量；并且通过多个透镜将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到微量盘的多个孔中，其中所述多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件，且其中多个透镜中的单个透镜超声波耦合到多个孔中的单个孔。
在另一个实施例中，提供了另一种用于剪切细胞材料的示例性系统。该系统包括配置成生成定时信号的计算机处理器。信号发生器配置为响应于定时信号产生超声驱动脉冲。放大器电耦合到信号发生器并且配置为放大超声驱动脉冲。多个压电元件以行和列的阵列设置。压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量。产生定时信号，使得多个压电元件中的相邻压电元件不被至少从同时驱动脉冲和时序驱动脉冲中选择的放大的驱动脉冲激励。多个透镜中的多于一个透镜覆盖多个压电元件中的单个压电元件，并且多个透镜中的单个透镜配置成将超声能量聚焦到微量盘的多个孔的单个孔中。
在另一个实施例中，提供了另一种用于剪切细胞材料的示例性系统。该系统包括外壳。信号发生器设置在壳体中并配置成产生超声驱动脉冲。放大器设置在壳体中并且电耦合到信号发生器，并且放大器配置为放大超声驱动脉冲。压电元件阵列设置在壳体中。压电元件阵列包括至少一个压电元件，其配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量。多个透镜配置成将超声能量聚焦到微量盘的多个孔中。流体系统配置成在其中使换能器流体流动。密封件设置在壳体上。密封件配置成接收与其密封接合的微量盘，使得压电元件阵列、壳体和在密封件上与其密封接合的微量盘限定与流体系统液压连通的腔室，并将腔室配置成在其中容纳换能器流体。
在另一个实施例中，提供了剪切细胞材料的说明性方法。该方法包括：将具有放置在其中限定的多个孔中的细胞材料的微量盘放置在设置在壳体上的密封件上；将微量盘夹紧在密封件上并与之密封接合；使设置在壳体中的流体系统中的换能器流体流动，使得换能器流体与多个透镜液压连通；激励压电元件阵列以产生超声能量；并且利用多个透镜将超声能量聚焦在多个孔中，使得对设置在多个孔中的细胞材料诱发空穴作用。
根据本文提供的描述，其他特征、优点和适用范围将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所公开实施例的原理上。附图中：
图1A是说明性压电元件阵列组件的分解透视图。
图1B是另一说明性压电元件阵列组件的分解透视图。
图1C是另一说明性压电元件阵列组件的分解透视图。
图1D是另一说明性压电元件阵列组件的分解透视图。
图1E是另一说明性压电元件阵列组件的分解透视图。
图1F是另一说明性压电元件阵列组件的分解透视图。
图2A是压电元件阵列组件的说明性阵列的透视图。
图2B是图2A的压电元件阵列组件阵列的一部分的局部侧面剖视图。
图2C是图2A的压电元件阵列组件阵列的俯视图。
图3是用于剪切细胞材料的说明性系统的局部示意形式的分解透视图。
图4A是在说明性微量盘的孔中形成的透镜下面的说明性压电元件的局部示意形式的透视图。
图4B和4D是在说明性微量盘的孔中形成的透镜下面的图4A的压电元件阵列的局部示意形式的端面视图。
图4C是微量盘的孔的细节的局部剖视透视图。
图4E是用于剪切细胞材料的另一说明性系统的局部示意形式的分解透视图。
图5是用于剪切细胞材料的另一个说明性系统的局部示意形式的框图。
图6是图5系统的流体系统的细节的局部示意形式的管路图。
图7A是用于剪切细胞材料的说明性系统的透视图。
图7B-7D是图7A的系统的细节的局部剖视透视图。
图7E是图7A的系统的细节的局部剖视的前视平面图。
图7F是图7A的系统的另一个实施例的细节的局部剖视的前视平面图。
图8A-8D示出了图5的系统的波形定时的细节。
图8E示出了图5的系统的进一步细节。
具体实施方式
以下描述本质上仅是说明性的，并不旨在限制本公开的应用或用途。
如下面将进一步详细讨论的，所公开的实施例包括说明性压电元件阵列组件、制造压电元件阵列组件的方法，以及用于剪切细胞材料的系统和方法。通过概述给出，在各种实施例中，将足够量的超声能量同时施加到多个样品中，以便在样品中引起惯性空穴作用，从而引起样品中DNA和染色质的分子键的一些剪切。
如上所述，使用超声波剪切细胞材料的困难之一是一些目前已知的换能器元件当被驱动到足以引起空穴作用的水平时会破裂。本文公开的主题的各种实施例涉及对换能器设计的改进，其改善了换能器元件的耐用性。
仍然作为概述，本文公开的主题的各种实施例涉及可以将来自单个压电元件的超声能量聚焦到微量盘的多于一个孔的说明性压电元件阵列组件以及用于制造这种压电元件阵列组件的说明性方法。本文公开的主题的各种实施例还涉及用于剪切细胞材料的系统和方法，其中可以采用这种压电元件阵列组件。本文公开的主题的各种实施例还涉及用于剪切细胞材料的系统和方法，其中已经对用换能器流体将压电元件阵列超声波耦合到微量盘的当前已知方面进行了改进。
现在已经提供了概述，下面将通过非限制性示例和非限制性方式阐述细节。
现在参照图1A，说明性压电元件阵列组件10可以将来自单个压电元件12的超声能量聚焦到微量盘的多于一个孔(未示出)。在各种实施例中，压电元件阵列组件10包括至少一个压电元件12，其配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量。透镜层14结合到压电元件12。透镜层14具有形成在其中的透镜16。每个透镜16配置为将超声能量聚焦到微量盘的一个孔(图1A中未示出)中，微量盘与透镜层12超声连通。如图1A所示，一个以上的透镜16覆盖单个压电元件12。这样，压电元件阵列组件10可以将来自单个压电元件12的超声能量聚焦到微量盘的多于一个的孔(图1A中未示出)——因为多于一个的透镜16覆盖单个压电元件12。
仍参照图1A，在各种实施例中，压电元件12可包括压电基板材料带(例如锆酸铅锆(Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3)(“PZT”))，其在两侧涂覆或者镀有导体，例如铝、金、铜等。压电元件12具有宽度、长度和厚度尺寸，选择这些尺寸以防止压电元件在被足以令在微量盘的孔中引起空穴作用的电压信号驱动时破裂。
在各种实施例中，每个压电元件12具有宽度和长度，其中宽度可以等于微量盘的单个孔的宽度，长度选择为微量盘的多于一个孔的长度。因此，应当理解，多于一个透镜16可以覆盖任何单个压电元件12。因此，压电元件阵列组件10可以将来自单个压电元件12的超声能量聚焦到微量盘的多于一个孔(图1A中未示出)，因为多于一个透镜16覆盖单个压电元件12。
如上所述，在一些实施例中，每个压电元件12可以具有长度，该长度选择为微量盘的多于一个孔的长度。在一些实施例中并且如图1A所示，压电元件12可以具有选择为微量盘的四个孔的长度并且宽度等于单个孔的宽度。这样，四个透镜16覆盖在单个压电元件12上。使用传统的微量盘尺寸，如图1A所示的压电元件12的长度和宽度约为36×9mm。
在各种实施例中，透镜层14具有形成在其上表面中的凹透镜16。当压电元件12被驱动电压激励时，透镜16用于聚焦由压电元件12产生的超声平面波。透镜16成形为将平面波聚焦到位于透镜层14上方的微量盘的孔(未示出)中。
应当理解，在其他实施例中，根据特定应用的需要，可以使用其他尺寸的压电元件12，并且任何数量的透镜16可以覆盖压电元件12。例如并参考图1B，在一些实施例中，压电元件12可以具有选择为微量盘的2个孔的长度并且宽度等于单个孔的宽度。这样，2个透镜16覆盖单个压电元件12。作为另一个例子并参考图1C，在一些实施例中，压电元件12可以具有选择为微量盘的6个孔的长度，并且宽度等于单个孔的宽度。这样，六个透镜16覆盖单个压电元件12。作为另一个例子并参考图1D，在一些实施例中，压电元件12可以具有选择为微量盘的8个孔的长度并且宽度等于单个孔的宽度。这样，8个透镜16覆盖单个压电元件12。作为另一个例子并参考图1E，在一些实施例中，压电元件12可以具有选择为微量盘的12个孔的长度，并且宽度等于单个孔的宽度。这样，12个透镜16覆盖单个压电元件12。然而，除了多于一个透镜16覆盖单个压电元件12之外，不打算意指除了可以覆盖单个压电元件12的透镜16的数量之外的限制。而且，对压电元件12的宽度没有限制，压电元件12可以具有特定应用所需的任何宽度，例如2×2、2×4、3×4等的阵列。
应当理解，在每个实施例中，压电元件12的尺寸设计成将超声能量输送到微量盘中的两个或更多个孔，使得在带中产生的应力分布在大于单个孔区域的区域上。在一个实施例中，选择压电元件12的厚度以在500KHz和2MHz之间选择的频率产生超声能量。
现在参照图1F，根据透镜层14的阻抗，在一些实施例中，可选的匹配层18可以位于压电元件12和透镜层14之间。在各种实施例中，匹配层18在系统的工作频率下具有1/4波长的厚度，并且用粘合剂(例如但不限于环氧树脂)结合到压电元件12的上表面和透镜层14的底部。应当理解，可选的匹配层18可以与任何尺寸的压电元件12结合使用，例如上面讨论的那些。
在各种实施例中，可以省略匹配层18。例如，在一些实施例中，透镜层14由具有声阻抗在压电元件12的阻抗和耦合流体(未示出，例如但不限于水或凝胶)的阻抗之间的材料制成，耦合流体放置在透镜层14和微量盘的孔之间的超声波连通中。在这样的实施例中，适当地省略匹配层18。在一些实施例中，透镜层14可以由合适的材料制成，例如石墨、硼硅酸盐玻璃基质中的氟金云母等。
现在参考图2A-2C，压电元件阵列组件10a、10b、10c、10d......10l的实施例以行和列的阵列20布置，以将超声能量输送到九十六(96)孔微量盘的所有孔中(未示出)。应当理解，在各种实施例中，可以使用更多或更少数量的压电元件阵列组件10来容纳不同尺寸的微量盘。还应当理解，虽然压电元件阵列组件10a、10b、10c...10l被示出尺寸为使得四(4)个透镜16覆盖每个压电元件阵列组件10，但在各种实施例中，压电元件阵列组件10可以根据需要确定尺寸，使得两个或更多个透镜16覆盖每个压电元件阵列组件10(如图1A-1E所示)。在各种实施例中，压电元件阵列组件10优选地保持在框架(未示出)中，该框架将压电元件阵列组件10的布置保持在微量盘(未示出)下方。在一些实施例中，压电元件12的尺寸可以略大于透镜层14的尺寸，以允许使用环绕电极(未示出)将电线连接到压电元件12。
参考图3，在各种实施例中并且作为其中用超声能量剪切细胞材料的说明性系统环境的介绍，信号发生器22产生由放大器24放大的驱动信号，并且每个压电元件12电连接到放大器24。在各种实施例中，驱动信号可以是诸如脉冲串的脉冲(例如但不限于10-50微秒左右)的波形，其被放大到足够的电压电平(例如大约400V)，使得产生的声能是足以引起孔中细胞材料的惯性空化作用。在一些实施例中，脉冲串在时间上间隔开以减少加热样本和耦合流体。
在一些实施例中，每个压电元件12可以单独电连接到放大器24。在一些其他实施例中，压电元件12可以并联电连接。在一些这样的实施例中，相邻的压电元件12可以与放大器24并联电连接。在其他这样的实施例中，并联电连接可以在压电元件12的模式上间隔开，使得当通电时，相邻的压电元件12不振动。
另外参考图4A-4E，在其他实施例中，透镜16可以形成在微量盘210的孔中，而不是形成在结合到压电元件12的透镜层中。如图4A、4B和4D所示，在这样的实施例中，压电元件阵列10包括压电元件12。透镜16中的每一个形成在微量盘(未示出)的单个孔210中。
如图4C所示，在这样的实施例中，孔210的底部可以模制成透镜16，以将超声能量聚焦到孔210中，因此，可以不需要在压电元件12和微量盘的底部之间的单独的聚焦透镜16(如图1A-1F，2A-2C和3所示)。如图4C所示，孔210具有整体形成在其中的透镜16。如图4C和4D所示，耦合材料——即换能器流体117(下面描述)——位于孔210的底部和压电元件12之间。在各种实施例中，孔210的底部可具有凹形形状以用作将超声能量聚焦到孔210的内部中的透镜16。应当理解，孔210可以注塑成型以形成其所需形状的透镜16，并将超声能量聚焦到孔210的所需部分中。还应当理解，由于在孔210中发生惯性空穴作用，孔210中的细胞材料已被剪切。
现在参考图4E，在一些实施例中，信号发生器22产生由放大器24放大的驱动信号，并且每个压电元件12电连接到放大器24。在这样的实施例中，透镜16中的每一个形成在微量盘的单个孔210(未示出)中。
现在已经阐述了对说明性系统环境的介绍，将通过非限制性示例描述各种说明性系统环境的实施例。
现在参考图5，在各种实施例中，提供了用于剪切细胞材料的说明性系统100。在这些实施例的一些中，系统100包括压电元件阵列组件10的各种实施例，其中多于一个透镜16覆盖单个压电元件12(图1A-1F，2A-2C和4A-4D)。系统100的其他实施例可以根据需要使用任何合适的压电元件阵列组件，例如其中多于一个透镜16覆盖单个压电元件12的压电元件阵列组件10，又例如其中仅一个透镜覆盖单个压电元件的压电元件阵列组件。
仍然参考图5并且通过概述给出，在一些实施例中，系统100包括压电元件阵列组件10的各种实施例，其中多于一个透镜16覆盖单个压电元件12。在这样的实施例中，系统100包括配置成生成定时信号104的计算机处理器102。信号发生器106配置为响应于定时信号104产生超声驱动脉冲108。放大器110电耦合到信号发生器106并且配置为放大超声驱动脉冲108。压电元件12布置成行和列的阵列112(例如但不限于图2A-2C中所示的阵列20或图4B和4D中所示的压电元件10的阵列)。应当理解，在各种实施例中，阵列112可以包括1xN阵列，并且在一些其他实施例中，可以包括>1xN阵列(例如但不限于2x2、2x4、3x3等)。压电元件12配置为响应于放大的驱动脉冲114产生超声能量。产生定时信号104，使得相邻的压电元件12不被同时放大的驱动脉冲114和/或时序的放大的驱动脉冲114激励。在一些实施例中，透镜层14(图1A-1F和2A-2C)结合到压电元件12(图1A-1F和2A-2C)。透镜层14具有形成在其中的透镜16(图1A-1F和2A-2C)。在一些其他实施例中(图4A-4D)，透镜16(图4A-4D)形成在微量盘的孔210(图4A-4D)中。一个以上的透镜16(图1A-1F、2A-2C和4A-4D)覆盖单个压电元件12(图1A-1F、2A-2C和4A-4D)并且单个透镜16(图1A-1F、2A-2C和4A-4D)配置成将超声能量聚焦到微量盘的单个孔(未示出)中。
仍然参考图5并且仍然通过概述给出，在一些实施例中，系统100可以根据需要使用任何合适的压电元件阵列组件，例如其中一个以上的透镜16覆盖单个压电元件12的压电元件阵列组件10(图1A-1F，2A-2C和4A)，又例如其中只有一个透镜覆盖单个压电元件的压电元件阵列组件。在这样的实施例中，系统100包括壳体(图5中未示出)。信号发生器106设置在壳体中并且配置为产生超声驱动脉冲108。放大器110设置在壳体中并且电耦合到信号发生器106，并且放大器110配置为放大超声驱动脉冲。压电元件阵列112设置在壳体中。压电元件阵列112包括至少一个压电元件，该压电元件配置为响应于放大的驱动脉冲114产生超声能量。透镜配置成将超声能量聚焦到微量盘的孔中。流体系统115配置成在其中使换能器流体117流动，换能器流体117超声波耦合压电元件和微量盘。在各种实施例中，换能器流体117可包括任何合适的流体，例如但不限于表面活性剂和水的溶液。应当理解，在一些实施例中，表面活性剂可以润湿微量盘的底部，使得在那里不形成气泡并且可能阻止超声能量进入包含在孔中的样品。密封件(图5中未示出)设置在壳体上。密封件构造成接收与其密封接合的微量盘，使得压电元件、壳体和密封接合在密封件上的微量盘构成与流体系统115液压连通的腔室，腔室构造成在其中容纳换能器流体117。
现在已经阐述了系统100的各种实施例的概述，下面将通过说明性的非限制性示例来解释细节。首先解释功能细节，然后是机械细节。
仍然参考图5，在各种实施例中，用户界面116电耦合到计算机处理器102。用户界面可以包括图形用户界面，例如任何合适的市售触摸屏。用户界面116向用户显示信息并接受用户对显示的信息的响应，从而允许用户设置和控制系统100。在各种实施例中，用户可以通过用户界面116输入信息，例如但不限于：处理选择(例如染色质、DNA或服务协议)；选择用于处理的阵列112内的列(例如任何或所有列)；处理时间(适用于所有选定的列)；开始处理(适用于所有选定的列)；暂停处理(所有列)；功率水平(适用于全部或部分孔)；脉冲参数(脉冲串长度、列间循环时间、PRF、占空比、或参数组合)；以及重启或取消处理(当处于暂停状态时)。在各种实施例中，用户界面116可以向用户显示参数，例如但不限于：设备状态(其在显示的信息中是固有的)；选择的处理；选择的列；选择的处理时间；处理过程中经过的/剩余的处理时间(进度指示器)；并处理完成的指示。
在各种实施例中，计算机处理器102经由用户界面116向用户显示设备状态和选项并接收用户的输入。应当理解，计算机处理器102设置在壳体中(下面讨论)。也就是说，将计算机处理器102集成到系统100中，而不是在系统100的物理边界之外的独立单元，例如笔记本电脑或台式计算机。计算机处理器102还配置系统100以进行操作，控制整个处理时间、启动处理、暂停处理、恢复处理、以及监视系统100的状态。计算机处理器102适当地是任何可商购的计算机处理器。作为非限制性示例给出，在各种实施例中，计算机处理器可以是基于Linux的计算机处理器，例如Raspberry Pi(单板计算机处理器)。在各种实施例中，计算机处理器102控制以下处理参数：激活的列；处理时间；脉冲参数；功能ON(启用输出波形)、PAUSE(暂停输出波形)、RESUME(恢复输出波形时序)以及CANCEL(取消处理和复位时序并返回菜单状态)。在各种实施例中，计算机处理器102接收以下输入：来自用户界面116的用户输入信号118；来自信号发生器106的信号120，以用于心电(以指示信号发生器106的正常运作)/定时(以防止信号发生器106超时)；安全互锁状态信号122(下面讨论)；换能器液位监测信号124(下面讨论)；以及换能器流体温度监测信号126(下面讨论)。在各种实施例中，计算机处理器102提供以下输出：提供给用户界面116的显示界面信号128；用于激活所选列的列启用信号130；波形选择(即定时)信号104；输出ON或输出OFF信号132；重置波形定序器控制器定时信号134，其重置信号发生器106的定时；脉冲参数；以及流控制信号136(下面讨论)。
在各种实施例中，信号发生器106产生波形(即，驱动脉冲108)以驱动放大器110。信号发生器106还基于所选择的列和被结合的安全互锁(通过安全互锁状态信号122)将驱动脉冲108门控到阵列112的特定列。在各种实施例中，信号发生器106适当地可以是商业现成的可现场编程门阵列(FPGA)的模块。在一些实施例中，信号发生器106可以包括多个FPGA模块137(取决于FPGA容量)。在信号发生器106包括多于一个FPGA模块的实施例中，FPGA模块的数量可以等于放大器模块的数量(下面讨论)以简化架构。在各种实施例中，信号发生器接收以下输入：用于激活所选列的列使能信号130；波形选择(即定时)信号104；输出ON或输出OFF信号132；重置波形定序器控制器定时信号134，其重置信号发生器106的定时；和安全互锁状态信号122。在各种实施例中，信号发生器提供以下输出：波形(即，驱动脉冲108)；心电/定时信号120；以及指示当前输出经过的时间的波形计数器信号138。
在各种实施例中，放大器110包括合适数量的脉冲发生器模块140，其由阵列112中的压电元件的数量和每个脉冲发生器模块140的通道的数量确定。放大器110产生换能器驱动波形(即，放大的驱动脉冲114)，其定时等于相应的输入列波形(即，驱动脉冲108)。放大器110还可以提供匹配网络以提供集成调谐——即，低通滤波以限制辐射电磁干扰(EMI)和/或其他滤波或阻抗匹配元件，从而有助于提高阵列112的换能器的功率传输。放大器110还在放大器110的输出处对电压波形(即，放大的驱动脉冲114)进行集成。在各种实施例中，放大器110接收以下输入：用于脉冲发生器通道的差分波形(即，驱动脉冲108)；以及单个高压电源以偏置脉冲发生器模块140。在各种实施例中，放大器110提供以下输出：换能器列的高功率波形(即，放大的驱动脉冲114)；以及与换能器列的集成电压成比例的模拟电压(即，与放大的驱动脉冲114成比例)，该模拟电压提供给计算机处理器102以用于监视和自诊断目的。
在各种实施例中，监视器模块146适当地接收定时/心电信号120、换能器液位监测信号124、换能器流体温度监测信号126、波形计数器信号138、模拟电压144、以及电压148(来自将主电源转换为用于系统100的组件的直流电的电源分配模块150)，并将它们提供给计算机处理器102。监视器模块146包括用于为系统100执行自诊断功能的合适电路和逻辑。
另外参考图6，在各种实施例中，流体系统115冷却并循环换能器流体117，以将来自压电元件和透镜的超声能量耦合到微量盘的孔。应当理解，流体系统115的所有组件都设置在一个壳体内(图6中未示出，但在下面讨论)——系统100的所有部件也是如此。
在各种实施例中，贮存器152配置成接收和存储换能器流体117。泵156的吸入口154液压地耦合到贮存器152以接收换能器流体117。将流控制信号136提供给泵156的控制电路(未示出)，并且流体系统115中的流动状态(即，正向、断开或反向)适当地由流控制控制信号136控制。泵156的排出口158液压地耦合到合适的过滤器162的入口160，例如但不限于颗粒过滤器。过滤器162的出口164液压地耦合到合适的冷却器168的入口166，例如但不限于像珀尔帖冷却器(peltier cooler)那样的热电装置。冷却器的状态(即，冷却器开启或冷却器关闭)适当地由流控信号136控制。冷却器168的出口170液压地耦合到孔174的入口172，其中包含换能器流体117，用于将来自压电元件和透镜的超声能量耦合到微量盘176的孔。孔174的出口178液压地耦合到贮存器152。温度探测器180将换能器流体温度监测信号126提供给监测模块146(图5)，如在处理托盘194的出口处监测的那样。处理托盘194中的液位探针182将换能器液位监测信号124提供给监测模块146(图5)。液位探针182配置成监测处理托盘194中的换能器流体117的水平，以帮助确保在处理托盘194中包含足够量的换能器流体117，以超声波耦合微量盘176和压电元件。虽然井174和贮存器152之间的流动阻抗保持较低，但微量盘176和处理托盘194之间的密封件(下面讨论)可有助于促进换能器流体117的较高流速。
应当理解，在一些实施例中，不需要换能器流体117的脱泡和脱气。还应当理解，在一些其他实施例中，可能需要换能器流体117的脱泡和脱气。在可能需要换能器流体117的脱泡和脱气的这样的实施例中，可选的脱泡和脱气部件184可插入流体系统115中。如图5所示，可选的脱泡和脱气部件184可包括：插入于贮存器152和泵156的吸入口154之间的限流器186；液压连接到泵156的排出口158的脱泡器188；插入于脱泡器188和过滤器162的入口160之间的脱气过滤器190；插入于脱泡器188和贮存器152之间的限流器192。
接下来将讨论机械/流体方面，接着讨论系统100的各种实施例的功能和操作。
另外参考图7A-7E，在系统100的各种实施例中，系统100的所有部件都设置在壳体196中。壳体可以根据需要由任何合适的材料制成，例如塑料、金属等。在一些实施例中，壳体196可以用作法拉第屏障(faraday shield)。在一些这样的实施例中，壳体196可以由塑料制成并且衬有导电材料的连续覆盖物(未示出)或导电材料网(未示出)。在这样的实施例中，外部电场引起衬住壳体196的导电材料内的电荷分布，使得分布的电荷抵消电场在壳体196内部的影响，从而有助于保护系统100的电子元件免受来自外部射频干扰-反之亦然。
在各种实施例中，壳体包括盖子198。在各种实施例中，盖子198配置成打开和关闭，例如通过分别围绕设置在盖子198的边缘处的铰接轴线朝向壳体196的中心部分向上和向下旋转。盖子198和在壳体196中限定的相关凹陷部分200(图7B和7C)的尺寸设计成当盖子198打开时微量盘176可以容纳在凹陷部分200中。关闭盖子198(这意味着用户无法接近声场)令安全互锁状态信号122(图5和6)有效。结果，可以启动处理。打开盖子198(这意味着用户可以接近声场)令安全互锁状态信号122(图5和6)无效。结果，不能启动处理。
在如图7B和7C所示的各种实施例中，密封件202设置在凹陷部分200内的壳体196的顶表面上。在凹陷部分200内的壳体196的顶表面中限定开口(未示出)，并且密封件202围绕开口。密封件202的尺寸设计成在其上容纳微量盘176。压紧框架204放置在微量盘176的顶部。一对夹具206中的每一个将压紧框架204的一侧推向与密封件202密封接合的微量盘176上。因此，壳体196、密封件202、微量盘176、压紧框架204和夹具206协作以在凹陷部分200内液压密封在壳体196的顶表面中限定的开口。
在一些实施例中，压紧框架204和夹具206可以集成到盖子198的下侧。在这样的实施例中，关闭盖子198施加所需的力以使夹具206密封地接合壳体196、密封件202、微量盘176和压紧框架204。相反，打开盖子198导致夹具206脱离接合壳体196、密封件202、微量盘176和压紧框架204以防止密封接合，从而允许移除微量盘176。
在各种实施例中并且如图7D所示，贮存器152被密封并填充有盖子208，盖子208容纳在贮存器152的顶部上(例如通过螺纹接收或压力配合)。盖子可在壳体196的凹陷部分200中接近。在一些实施例中，贮存器152可包括水平指示器装置，例如但不限于集成的视镜/管等，以向使用者提供关于贮存器152中的换能器流体117的水平的指示。如果需要，传感器可以向用户提供关于何时重新填充贮存器152的知识。
在各种实施例中并且如图7E和7F所示，密封件202保住微量盘176并且夹具206保住密封件202。透镜16和微量盘176之间的间隙207中的换能器流体117将压电元件12与微量盘176的孔210超声波耦合。阵列112附接到基架212，基架212又附接到壳体196。印刷电路板界面214将压电元件12电耦合到电缆(未示出)，该电缆令来自放大器110的放大的驱动脉冲114导电。
在系统100的各种实施例中，在间隙207中没有换能器流体117。在微量盘176被夹具206密封地接合到密封件202并且关闭盖子198之后，换能器流体117通过泵156从贮存器152泵送到间隙207中。在面对其中放置微量盘于换能器流体浴缸的传统系统时,将微量盘176放置在浴缸状结构上，其中最初没有在其中设置换能器流体，然后仅在微量盘176悬吊放置在其上之后用换能器流体117填充间隙207。结果，系统100的实施例有助于提供比传统系统更安全的微量盘176的放置，并且可以帮助减少换能器流体117进入微量盘176的孔210的可能性，从而有助于降低用换能器流体117污染孔210的内容物的可能性。
当关闭盖子198时，安全联锁装置被接合并且安全互锁状态被激活(通过安全互锁状态信号122)。微量盘176与壳体196密封接合。样品的处理可以如下所述进行。
现在参考图1A-1F、2A-2C、3、4A-4D、5-6、7A-7F以及8A-8E，系统100的各种实施例的功能和操作将通过说明但并非限制性说明的方式提供的示例来解释。
关于系统100的实施例的控制，计算机处理器102是系统100的控制中心。计算机处理器102将显示输出到用户界面116并读取经由用户界面116输入的用户输入。另外，关于运行哪个处理方案，计算机处理器102设置信号发生器106。计算机处理器102直接控制哪些通道是激活的、总处理时间、开始处理和停止处理。
用于驱动压电元件12的波形定时由信号发生器作为驱动脉冲108输出。在具有九十六孔微量盘176的系统100的一些实施例中，四个透镜16覆盖每个压电元件12，并且阵列112包括二十四个压电元件阵列组件10。在一些实施例中，脉冲发生器模块140的数量可以等于压电元件10的数量，并且在一些其他实施例中，脉冲发生器模块140的数量可以等于压电元件10的数量的一半。
如上所述，对于要输出的波形(即驱动脉冲108)，必须关闭盖子198。当打开盖子198时，计算机处理器102和信号发生器106都不允许驱动输出(即驱动脉冲108)。这是因为安全互锁状态信号122被输入到计算机处理器102和信号发生器106。另外，计算机处理器102监测换能器流体温度(通过换能器流体温度监测信号126)和换能器液位(通过换能器液位监测信号124)。如果换能器流体117的温度高于可接受的水平或换能器流体117没有完全桥接压电元件12和孔210之间的间隙207，则将不会启动信号发生器106的输出。为了使信号发生器106能够输出，必须满足以下三个条件：(i)安全互锁状态激活(即关闭盖子198)；(ii)换能器流体117的温度低于阈值温度；(iii)间隙207中的换能器流体117的水平高于最小水平。然而，尽管如上所述，但是应当理解，在一些实施例中，可能希望允许测试在盖子198打开的情况下进行测量。在这样的实施例中，工程模式可以允许打开盖子198的操作。
在系统100的各种实施例中，波形定时可以导致同时和/或顺序驱动脉冲108，其不激励阵列112中相邻的压电元件12，从而允许在相同的压电元件12再次通电之前的一段时间冷却压电元件12(和相邻的压电元件12)。系统100的实施例的波形定时将通过非限制性示例的方式讨论，系统100的实施例具有九十六孔微量盘176，四个透镜16覆盖每个压电元件12，并且阵列112包括二十四个压电元件阵列组件10。然而，应当理解，类似的波形定时可以应用于系统100的任何实施例，其中多于一个透镜16覆盖单个压电元件12。
通过非限制性示例给出并且另外参考图8A，执行剪切操作的声波形(即，放大的驱动脉冲114的声波形)是高振幅和高度非线性的，因为剪切是主要是空穴作用的功能。基本波形定时如图8A所示。
另外参考图8B，脉冲声波形被施加到用于N个脉冲的孔列210。然后，在将另一脉冲串施加到列之前，允许冷却孔列210。脉冲串长度等于具有输出声功率的整数个连续脉冲周期。在结构上，脉冲串周期等于脉冲串长度的六倍，因为在给定时间处理十二列中的两列。总处理时间是脉冲串周期的整数倍。
另外参考图8C，示出了向各个列施加的声功率的定时，其中t0到t6(行)表示单个脉冲串周期，并且COL1到COL12(列)表示微量盘176的12个列。阴影方块216表示声功率输出(Burst)，白色方块218表示冷却时段。应当理解，图8C示出了相邻的压电元件12不同时通电(即，在表示单个脉冲串周期的任何单个行中)并且不通过顺序波形激励(即，在代表给定的脉冲串周期的任何给定的行中和在直接位于给定行下面的行中，表示连续的脉冲串周期)。
另外参考图8D，示出了对于12列的所施加的声功率的相对定时，其中高振幅220表示给定列的脉冲串。因此，在图8D中，高振幅对应于图8C的阴影方块。这样，图8D还示出了相邻的压电元件12可以不同时激励，并且可以不通过顺序波形激励。
例如并且如图8C和8D所示，可以理解，COL1的脉冲串发生在t0。t0处的同时脉冲串向COL6施加声功率-COL6与COL1不相邻。此外，t1处的脉冲串将声功率施加到COL3和COL8——两者都不与COL1相邻。此外，当声功率施加到COL2时，脉冲串将声功率施加到邻近COL1的列的最快是在t4。结果，这种定时技术可以帮助减少产生热量。
另外参考图8E，示出了脉冲发生器模块140的24个通道到压电元件12的映射。同样，应当理解，可以根据需要使用每个脉冲发生器模块具有任何数量通道的任何数量的脉冲发生器模块140。例如，在一些实施例中，脉冲发生器模块140的24个通道可以用8个脉冲发生器模块140实现，每个脉冲发生器模块140具有3个通道。然而，应当理解，不必处理96个样本，并且可以根据需要处理任何数量的样本。因此，可以根据特定应用的需要处理少于96个孔。也就是说，在一些实施例中，可以处理少至一个孔，并且在一些其他实施例中，可以处理多达九十六个孔。在这样的实施例中，不含有用于处理的样品的孔将填充水或填充不含有待处理样品的其他液体。
鉴于以下条款，可以描述所公开主题的各种示例实施例：
1.一种压电元件阵列组件，包括：至少一个压电元件，配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；结合到所述至少一个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜，所述透镜层配置为将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到与透镜层超声连通的一次性微量盘的多个孔中，其中多个透镜中的多于一个覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
2.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中，所述至少一个压电元件包括一列的两个压电元件。
3.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中，所述至少一个压电元件包括一列的四个压电元件。
4.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中，所述至少一个压电元件包括一列的六个压电元件。
5.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中，所述至少一个压电元件包括一列的八个压电元件。
6.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中，所述至少一个压电元件包括一列的十二个压电元件。
7.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中四个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
8.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中所述至少一个压电元件由包括锆钛酸铅的材料制成。
9.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中所述透镜层由声阻抗在至少一个压电元件的声阻抗和耦合流体的声阻抗之间的材料制成，其中耦合流体在所述透镜层和微量盘之间可任意设置。
10.如条款1所述的压电元件阵列组件，其中所述透镜层由选自硼硅酸盐玻璃基质中的石墨和氟晶云母的材料制成。
11.一种制造压电元件阵列组件的方法，该方法包括：提供至少一个压电元件，该压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；将透镜层结合到所述至少一个压电元件上，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜，所述透镜配置为将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到与透镜层超声波连通的一次性微量盘的多个孔中，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
12.如条款11所述的方法，其中，所述至少一个压电元件包括一列的两个压电元件。
13.如条款11所述的方法，其中，所述至少一个压电元件包括一列的四个压电元件。
14.如条款11所述的方法，其中，所述至少一个压电元件包括一列的六个压电元件。
15.如条款11所述的方法，其中，所述至少一个压电元件包括一列的八个压电元件。
16.如条款11所述的方法，其中，所述至少一个压电元件包括一列的十二个压电元件。
17.如条款11所述的方法，其中四个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
18.一种用于剪切细胞材料的系统，该系统包括：信号发生器，所述信号发生器配置为产生超声驱动脉冲；放大器，所述放大器电耦合到信号发生器并配置成放大超声驱动脉冲；压电元件阵列，所述压电元件阵列包括至少一个压电元件，所述压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；以及多个透镜，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件，并且其中所述多个透镜中的单个透镜配置为将超声能量聚焦到微量盘的多个孔的单个孔中。
19.如条款18所述的系统，还包括：结合到所述至少一个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜。
20.如条款18所述的系统，其中所述多个透镜中的单个透镜在微量盘中的多个孔的单个孔中形成。
21.如条款18所述的系统，其中所述至少一个压电元件包括一列的两个压电元件。
22.如条款18所述的系统，其中所述至少一个压电元件包括一列的四个压电元件。
23.如条款18所述的系统，其中所述至少一个压电元件包括一列的六个压电元件。
24.如条款18所述的系统，其中所述至少一个压电元件包括一列的八个压电元件。
25.如条款18所述的系统，其中所述至少一个压电元件包括一列的十二个压电元件。
26.如条款18所述的系统，其中四个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
27.如条款18所述的系统，其中所述至少一个压电元件由包括锆钛酸铅的材料制成。
28.如条款18所述的系统，其中所述透镜层由声阻抗在所述至少一个压电元件的声阻抗和耦合流体的声阻抗之间的材料制成，其中耦合流体在所述透镜层和微量盘之间可任意设置。
29.如条款18所述的系统，其中所述透镜层由硼硅酸盐玻璃基质中的石墨和氟晶云母材料制成。
30.一种方法，包括：产生超声驱动脉冲；放大超声驱动脉冲；利用响应于放大的驱动脉冲的至少一个压电元件产生超声能量；并且通过多个透镜将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到微量盘的多个孔中，其中所述多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件，并且其中多个透镜中的单个透镜超声波耦合到多个孔中的单个孔。
31.如条款30所述的方法，其中所述多个透镜形成在结合到所述至少一个压电元件的透镜层中。
32.如条款30所述的方法，其中所述多个透镜中的单个透镜在微量盘中的多个孔的单个孔中形成。
33.如条款30所述的方法，其中四个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
34.一种用于剪切细胞材料的系统，该系统包括：计算机处理器，所述计算机处理器配置为产生定时信号；信号发生器，所述信号发生器配置为响应于定时信号产生超声驱动脉冲；放大器，所述放大器电耦合到信号发生器并配置成放大超声驱动脉冲；以行和列的阵列排列的多个压电元件，所述多个压电元件配置为响应于放大的驱动脉冲产生超声能量，产生定时信号使得多个压电元件中的相邻压电元件不被至少选自同步驱动脉冲和时序驱动脉冲的放大的驱动脉冲激励；多个透镜，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖多个压电元件中的单个压电元件，并且其中多个透镜中的单个透镜配置成将超声能量聚焦到微量盘的多个孔的单个孔中。
35.如条款34所述的系统，还包括：结合到多个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜。
36.如条款34所述的系统，其中所述多个透镜中的单个透镜在微量盘的多个孔的单个孔中形成。
37.如条款34所述的系统，其中多个压电元件包括一列的两个压电元件。
38.如条款34所述的系统，其中多个压电元件包括一列的四个压电元件。
39.如条款34所述的系统，其中所述多个压电元件包括一列的六个压电元件。
40.如条款34所述的系统，其中多个压电元件包括一列的八个压电元件。
41.如条款34所述的系统，其中多个压电元件包括一列的十二个压电元件。
42.如条款34所述的系统，其中四个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
43.如条款34所述的系统，其中所述至少一个压电元件由包括锆钛酸铅的材料制成。
44.如条款34所述的系统，其中所述透镜层由声阻抗在所述至少一个压电元件的声阻抗和耦合流体的声阻抗之间的材料制成，其中耦合流体在所述透镜层和微量盘之间可任意设置。
45.如条款34所述的系统，其中所述透镜层由硼硅酸盐玻璃基质中的石墨和氟晶云母材料制成。
46.一种用于剪切细胞材料的系统，该系统包括：壳体；信号发生器，所述信号发生器设置在壳体中并配置成产生超声驱动脉冲；放大器，所述放大器设置在壳体中并电耦合到信号发生器，所述放大器配置成放大超声驱动脉冲；设置在壳体中的压电元件阵列，压电元件阵列包括至少一个压电元件，该压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；多个透镜，所述多个透镜配置为将超声能量聚焦到微量盘的多个孔中；流体系统，所述流体系统配置成在其中使换能器流体流动；设置在壳体上的密封件，所述密封件配置成接收与其密封接合的微量盘，使得压电元件阵列、壳体和密封接合在密封件上的微量盘限定了与流体系统液压连通的腔室，所述腔室配置成在其中包含换能器流体。
47.如条款46所述的系统，还包括：结合到所述至少一个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜。
48.如条款46所述的系统，其中所述多个透镜中的单个透镜在微量盘的多个孔的单个孔中形成。
49.如条款46所述的系统，进一步包括：夹紧机构，其配置成将微量盘保持密封接合在密封件上。
50.如条款46所述的系统，还包括：可打开的可关闭的盖子，所述盖子设置在壳体上。
51.如条款50述的系统，还包括：机械配置以感测盖子位置的互锁装置，互锁装置配置成当盖子处于打开位置时防止对压电元件阵列的激励。
52.如条款46所述的系统，其中所述流体系统包括贮存器，所述贮存器设置在所述壳体中并且构造成在其中接收换能器流体。
53.如条款52述的系统，其中所述流体系统还包括泵，所述泵设置在所述壳体中并配置成引起换能器流体的流动。
54.如条款46所述的系统，其中流体系统包括脱泡和脱气子系统。
55.一种剪切细胞材料的方法，该方法包括：将设置在其中限定的多个孔中的细胞材料的微量盘放置在设置在壳体上的密封件上；将微量盘夹紧在密封件上并与之密封接合；在设置在壳体中的流体系统中使换能器流体流动，使得换能器流体与多个透镜液压连通；激励压电元件阵列产生超声能量；并且利用多个透镜将超声能量聚焦在多个孔中，使得对设置在多个孔中的细胞材料诱发空穴作用。
56.如条款55所述的方法，其中所述多个透镜形成在与所述压电元件阵列结合的透镜层中。
57.如条款55所述的方法，其中所述多个透镜中的单个透镜形成在所述多个孔中的单个孔中。
58.如条款55所述的方法，还包括：在将具有设置在其中限定的多个孔中的细胞材料的微量盘放置在壳体上的密封件上之前，打开壳体中的盖子；在将微量盘夹紧在密封件上并与其密封接合之后，关闭盖子。
59.如条款58所述的方法，还包括：满足互锁条件，该互锁条件允许使换能器流体在流体系统中流动，并且允许在将微量盘夹紧在密封件上并与之密封接合之后关闭盖子，从而激励压电元件阵列。
60.如条款55所述的方法，其中：所述多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述多个压电元件中的单个压电元件；多个透镜中的单个透镜配置成将超声能量聚焦到微量盘的多个孔的单个孔中。
61.如条款60所述的方法，其中四个透镜覆盖多个压电元件中的单个压电元件。
62.如条款55所述的方法，其中：以行和列的阵列排列所述多个压电元件，并由定时放大的驱动脉冲激励所述多个压电元件；至少选自同时驱动脉冲和时间顺序驱动脉冲的放大的驱动脉冲不激励所述多个压电元件中的相邻压电元件。
从前述内容可以理解，本文出于说明的目的已经描述了本主题的具体实施例，但是在不脱离本主题的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，除了所附权利要求之外，本主题不受限制。

Claims (22)

1.压电元件阵列组件，包括：
至少一个压电元件，所述压电元件配置为响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；和
结合到所述至少一个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜，所述透镜配置为将由所述至少一个压电元件中的单个压电元件产生的超声能量聚焦到与透镜层超声波连通的一次性微量盘的多个孔中，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
2.如权利要求1所述的压电元件阵列组件，其中四个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件。
3.如权利要求1所述的压电元件阵列组件，其中所述至少一个压电元件由包括锆钛酸铅的材料制成。
4.如权利要求1所述的压电元件阵列组件，其中所述透镜层由声阻抗在所述至少一个压电元件的声阻抗和耦合流体的声阻抗之间的材料制成，其中耦合流体在所述透镜层和微量盘之间可任意设置。
5.一种剪切细胞材料的系统，该系统包括：
信号发生器，所述信号发生器配置为产生超声驱动脉冲；
放大器，所述放大器电耦合到信号发生器并配置成放大超声驱动脉冲；
压电元件阵列，所述压电元件阵列包括至少一个压电元件，所述至少一个压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；以及
多个透镜，其中多个透镜中的多于一个透镜覆盖所述至少一个压电元件中的单个压电元件，并且其中所述多个透镜中的单个透镜配置为将超声能量聚焦到微量盘的多个孔的单个孔中。
6.如权利要求5所述的系统，还包括：
结合到所述至少一个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜。
7.如权利要求5所述的系统，其中多个透镜中的单个透镜形成在微量盘中的多个孔的单个孔中。
8.一种剪切细胞材料的系统，该系统包括：
壳体；
信号发生器，所述信号发生器设置在壳体中并配置成产生超声驱动脉冲；
放大器，所述放大器设置在壳体内并电耦合到信号发生器，所述放大器配置成放大超声驱动脉冲；
设置在壳体中的压电元件阵列，压电元件阵列包括至少一个压电元件，所述压电元件配置成响应于放大的驱动脉冲产生超声能量；
多个透镜，所述多个透镜配置为将超声能量聚焦到微量盘的多个孔中；
流体系统，所述流体系统配置成在其中使换能器流体流动；以及
设置在壳体上的密封件，所述密封件配置成容纳与其密封接合的微量盘，使得压电元件阵列、壳体和密封接合在密封件上的微量盘限定了与流体系统液压连通的腔室，所述腔室配置成在其中包含换能器流体。
9.如权利要求8所述的系统，还包括：
结合到所述至少一个压电元件的透镜层，所述透镜层具有形成在其中的多个透镜。
10.如权利要求8所述的系统，其中多个透镜中的单个透镜形成在微量盘中的多个孔的单个孔中。
11.如权利要求8所述的系统，还包括：
夹紧机构，其构造成将微孔板保持密封接合在密封件上。
12.如权利要求8所述的系统，还包括：
可打开可关闭的盖子，所述盖子设置在壳体上。
13.如权利要求12所述的系统，还包括：
机械地配置为感测盖子的位置的互锁装置，互锁装置配置为当盖子处于打开位置时防止对压电元件阵列的激励。
14.如权利要求8所述的系统，其中所述流体系统包括设置在壳体中的贮存器，所述贮存器配置为接收其中的换能器流体。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述流体系统还包括泵，所述泵设置在所述壳体中并配置成引起换能器流体的流动。
16.如权利要求8的系统，其中流体系统包括脱泡和脱气子系统。
17.一种剪切细胞材料的方法，该方法包括：
将其中限定的多个孔中具有细胞材料的微量盘放置在设置在壳体上的密封件上；
将微量盘夹紧在密封件上并与之密封接合；
在设置在壳体中的流体系统中使换能器流体流动，使得换能器流体与多个透镜液压连通；
激励压电元件阵列以产生超声能量；以及
利用多个透镜将超声能量聚焦在多个孔中，使得在设置在多个孔中的细胞材料诱发空穴作用。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个透镜形成在与所述压电元件阵列结合的透镜层中。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述多个透镜中的单个透镜形成在所述多个孔中的单个孔中。
20.如权利要求17的方法，还包括：
在将其中限定的多个孔中具有细胞材料的微量盘放置在壳体上的密封件上之前，打开壳体中的盖子；和
在将微量盘夹紧在密封件上并与其密封接合之后，关闭盖子。
21.如权利要求20的方法，还包括：
满足互锁条件，该互锁条件允许使换能器流体在流体系统中流动，并且允许在将微量盘夹紧在密封件上并与之密封接合之后关闭盖子，从而激励压电元件阵列。
22.如权利要求17的方法，其中：
多个透镜中的一个以上透镜覆盖多个压电元件中的单个压电元件；和
多个透镜中的单个透镜配置成将超声能量聚焦到微量盘的多个孔的单个孔中。
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