CN115106146A - 数字分配系统和使用数字分配系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字分配系统和使用数字分配系统的方法。数字分配系统包含可填充移液管流体盒，所述可填充移液管流体盒中具有一或多个流体室且具有附接到其的喷射头。喷射头上含有多个流体喷射器。流体喷射器与可填充移液管流体盒的一或多个流体室流体流动连通。流体检测电路安置在喷射头上且与多个流体喷射器中的至少一个相关联以用于发信一或多个流体室中存在或不存在流体。

Description

数字分配系统和使用数字分配系统的方法

技术领域

本公开涉及一种具有可填充移液管盒的数字分配装置且尤其关于用于确定可填充移液管流体盒的气室中存在或不存在流体的系统和方法，尤其涉及一种数字分配系统和使用数字分配系统的方法。

背景技术

在医学领域中，确切地说，需要自动化样本制备和分析。分析可为比色分析或需要将样本染色以在显微镜下更好地观察样本。这种分析可包含药物样本分析、血液样本分析以及类似分析。举例来说，血液的检验分析提供用于确定个体的健康状况的多个不同因素。当存在大量需要血液样本分析的患者时，程序可能极为费时。对于如药物筛查的检验分析，需要沉积微量目标试剂以对样本评估其效果和性能。传统地，使用手动或机电致动的移液管将微量物质沉积到这些检验样本中。通过能够达到相对于最少试剂所需的试剂比率来规定用于检验所产生的测试流体的总容量。由于移液管的小规模容量限制，因此通常有必要建立测试流体的盈余以达到恰当的试剂比率。

众所周知，热喷墨技术能够准确分配喷射流体的微升大小的液滴。由喷墨技术提供的精确度和速度使得其成为用于在减少废弃样本的量的同时增加检验样本的输送量的有前景的候选物。在常规的热喷射打印机中，通常在到达终端用户之前将喷射流体预填充到打印头中。然而，在需要就地产生测试方案的生命科学领域中使用预填充盒为不可行的。

因此，可填充移液管盒可与数字分配系统一起使用。可填充移液管盒在使用时用预定量的流体填充，以用于执行样本的化学检验。在一些情况下，流体将沉积在微孔板的孔中或玻璃载片上。由于待分配的流体的量对于正在执行的检验分析至关重要，因此重要的为知道是否将流体和正确量的流体移液到可填充移液管盒的流体室中。如果室不含流体或在检验完成之前过早耗尽流体，那么样本可能毁坏或提供不准确的结果。因此，需要的是用于通知用户可填充移液管盒的流体室可能不含流体的设备和方法。

发明内容

鉴于前述，本公开的实施例提供一种数字分配系统和使用数字分配系统的方法。数字分配系统(digital dispense system)包含可填充移液管流体盒(pipette-fillablefluid cartridge)，所述可填充移液管流体盒中具有一或多个流体室且具有附接到其的喷射头。喷射头上含有多个流体喷射器。流体喷射器与可填充移液管流体盒的一或多个流体室流体流动连通。流体检测电路安置在喷射头上且与多个流体喷射器中的至少一个相关联以用于发信一或多个流体室中存在或不存在流体。

在另一实施例中，提供用数字分配系统分配流体的方法。方法包含提供可填充移液管流体盒，其中具有一或多个流体室且具有附接到其的喷射头。喷射头上含有多个流体喷射器，其中流体喷射器与可填充移液管流体盒的一或多个流体室流体流动连通。流体检测电路安置在喷射头上且与多个流体喷射器中的至少一个相关联以用发信一或多个流体室中存在或不存在流体。用待分配的流体填充一或多个流体室中的至少一个。激活数字分配系统的诊断功能以确定待分配的流体是否存在或不存在于一或多个流体室中的至少一个。在不存在来自诊断功能的错误或警告的情况下激活流体分配序列。

在另一实施例中，提供包含其中具有至少一个流体室和与至少一个流体室流体流动连通的喷射头的可填充移液管盒的数字分配系统。喷射头上含有多个流体喷射器和流体检测电路。处理器安置在数字分配系统中且配置有流体检测算法。处理器与流体检测电路电连通以用于在不存在流体的情况下激活错误信号。提供用户输入装置用于在错误信号激活后修改或终止流体分配序列。

在一些实施例中，流体检测电路选自(a)导电性感测电路、(b)热感测电路以及(a)和(b)的组合。在一些实施例中，导电性感测电路包含与多个流体喷射器中的至少一个电连通的第一电极，和安置在到多个流体喷射器中的至少一个的流体流动路径中的第二电极。在其它实施例中，热感测电路包含用于多个流体喷射器中的至少一个的电压斜率检测电路。

在一些实施例中，流体盒包括两个或大于两个离散流体室。

在一些实施例中，喷射头上包括两个或大于两个流体喷射器阵列且来自两个或大于两个流体喷射器阵列中的每一个的至少一个流体喷射器与流体检测电路相关联。

在一些实施例中，在存在来自诊断功能的错误或警告的情况下修改流体分配序列，所述错误或警告指示一或多个流体室中的至少一个中的不正确流体。

在一些实施例中，在存在来自诊断功能的错误或警告的情况下修改流体分配序列，所述错误或警告指示一或多个流体室中的至少一个不存在流体。

在一些实施例中，在存在来自诊断功能的错误或警告的情况下终止流体分配序列，所述错误或警告指示一或多个流体室中的至少一个不存在流体。

在一些实施例中，流体检测算法编程成使用(a)流体导电性数据、(b)喷射器热数据或(a)和(b)的组合以确定流体是否存在于至少一个流体室中。

在一些实施例中，流体检测算法编程成(i)初始地使用流体导电性数据且(ii)通过步骤(i)未发现流体的情况下使用喷射器热数据。

在一些实施例中，可填充移液管盒含有两个或大于两个流体室且流体检测算法编程成确定流体是否不存在于两个或大于两个流体室中预定的一个中。

在一些实施例中，流体检测算法编程成确定至少一个流体室何时耗尽流体。

本公开实施例的优势为其提供特有的低成本可填充移液管盒，所述可填充移液管盒在盒的流体室不含有流体或不正确流体移液到流体室中的情况下向用户提供反馈。实施例的其它优势使得用户能够确定正确量的流体是否移液到具体分析作业的流体室中。由本文中所公开的系统提供的反馈可用于在开始流体分配作业之前校正错误。

附图说明

图1为根据本公开的实施例的数字分配系统的未按比例绘制的透视图。

图2为与图1的数字分配系统一起使用的盘和微孔板的未按比例绘制的透视图。

图3为与图1的数字分配系统一起使用的可填充移液管盒的未按比例绘制的透视图。

图4为用于图3的可填充移液管盒的喷射头的未按比例绘制的平面视图。

图5为在图4的喷射头上的喷射器阵列的一部分的未按比例绘制的放大平面视图。

图6和图7为根据本公开的实施例的不具有流体和具有流体的流体检测电路的未按比例绘制的示意图。

图8为图6和图7的流体检测电路的示意图。

图9为与图6和图7的流体检测电路一起使用的电压变化电路的示意图。

图10和图11为根据本公开的第二实施例的热检测电路的示意图。

图12为来自图10和图11的热感测电路的数字输出的示意图。

图13为图1的数字分配系统的框图。

图14为根据本公开的实施例的流体感测电路的处理流程图。

附图标号说明

10：数字分配装置；

14：托盘；

18：箱；

20：开关；

38：微孔板；

40：孔；

50：盒；

52：模制体；

54a、54f：流体室；

56A、56B：壁；

60：喷射头；

62：流体通孔；

64：流体喷射器；

66：流体喷射室；

68：流体通道；

70：喷嘴；

80：导电性检测装置；

82、84：电极；

86：流体；

90、92：电路；

94：偏压块；

96：检测块；

98：采样块；

100：样本电流镜；

102：反相器块；

104：锁存器块；

200、300：热感测电路；

204：驱动元件；

206：栅极；

208：源极；

210：漏极；

212、312：微分器；

214：转换器；

216：控制器；

310：采样电路；

314：数字输出；

400：输入块；

410：存储器；

412：处理器；

414：过程；

416、418、420、422、424、426、428、430：步骤；

Cd：电容器；

Rs：电阻器。

具体实施方式

参考图1到图2，示出用于将一或多个流体的量精确分配到衬底上的数字分配装置10。不同于高端数字分配装置，本发明的装置10在流体分配操作期间基于在第一x方向上来回移动的喷射头和用于在与第一方向正交的第二y方向上移动来回移动的衬底的托盘14。托盘14适应于包含但不限于微孔板、玻璃载片、电子电路板以及类似物的多种衬底。图2示出用于固持与数字分配装置10一起使用的其中含有孔40的微孔板38以将流体分配到微孔板的孔40中或玻璃载片上的托盘14。托盘14可包含用于不同大小微孔板或用于固持滑块或在其上沉积流体的其它衬底的适配器。

含有流体喷射头的分配头盒和盒移动机构含于矩形棱柱形箱18中。箱18上包含激活开关20以用于激活装置10。箱18的后侧包含用于使托盘14在第二方向上移动穿过箱18以将流体分配到衬底上的开口。USB端口设置在箱18上以将数字分配系统10连接到计算机或数字显示装置。功率通过箱18上的功率输入端口提供到系统10。

与图1的数字分配装置10一起使用的可填充移液管盒50在图3中示出。盒50具有其中提供一或多个开口流体室54a到开口流体室54f的模制体52。通过划分壁56A和壁56B将流体室54a到流体室54f彼此分隔开。流体室54a到流体室54f中的每一个与用于将流体提供到喷射头上的流体喷射器阵列的流体通孔相关联。参考图4，示出含有六个流体通孔62和相关联的流体喷射器阵列的喷射头60。在图5中更详细地示出喷射头60的极大放大部分。每个流体通孔62将来自流体室54a到流体室54f中的一个的流体提供到安置在流体通孔62的一侧或两侧上的流体喷射器64的阵列。流体喷射器定位在流体喷射室66中。通过流体通道68将流体从流体通孔62提供到流体喷射室66。在激活流体喷射器64后，通过喷射喷嘴70将流体分配到可为微孔板38的孔40的衬底或玻璃载片。

为确定流体室54a到流体室54f是否含有流体，可使用选自导电性感测电路和/或热感测电路中的一或多个的流体检测电路。在图6中的简化平面视图中示出含有电极82和电极84的单个流体喷射气室66的导电性检测装置80。电极82可为安置在流体喷射器64上方的钽保护层。第二电极84安置在用于从流体通孔62到流体喷射室66的流体的流体通道68中。电极82和电极84中的每一个可由如对通过数字分配装置10分配的流体具有抵抗性的钽的金属构成。因此，任何合适的金属可用作电极82和电极84。可为喷射头60上的流体喷射器64的每一个阵列提供至少一个电极82和一个电极84。

图7示出处于稳定状态的导电性检测装置80，其中流体室66和流体通道68填充有流体86。如所示出，第一电极82和第二电极84目前借助于导电性流体86而流体连接。从电化学原理已知，如图8所示出，流体与第一电极82和第二电极84之间的关系可由电路90表示，其中电阻器Rs表示熔液电阻且电容器Cd表示在偏压时形成在电极到流体界面处的双层电容。应理解，在导电液体不存在的情况下双层电容器不存在，且串联电阻将显现为断开电路90。

在示范性实施例中，将电压阶跃施加到电路90且结果响应用于感测液体存在或不存在。在图9中示出使用导电性检测装置80进行电压变化测量的示范性电路92。电路92在流体存在于导电性检测装置80中时提供数字高输出且在检测装置80不含流体时提供数字低输出。

电路92可分组成七个功能块。偏压块94产生供阈值检测块96使用的电流偏压。当感测接脚处于较高状态时，采样块98将采样衬垫连接到样本电流镜100。样本电流镜100随后复制感测的流体电流且电流流动到阈值电流检测块96中。如果感测的镜像电流大于阈值电流，那么流体存在且反相器块102在锁存器块104的输入处产生较低状态且锁存器块检测接脚将达到较高状态。由于流动穿过流体的电流的瞬态充电性质，因此需要锁存器。如果流体不存在，那么采样电流将比阈值检测电流小得多(几乎为零)。反相器随后将产生较高状态，其还在锁存器检测输出处产生较低状态。锁存器为存储器元件且其状态将持续直到其感测重置接脚加压到较高状态。感测重置接脚的较高状态将明确锁存器的检测输出接脚为较低状态。综上所述，穿过流体的瞬态电流脉冲使得锁存器触发且其检测输出接脚将锁存在较高状态或“流体感测”状态下。

当前述导电性检测装置80可应用到流体喷射器64的阵列中的所有流体喷射器的时，单个导电性检测装置80可用于流体喷射器64的每一个阵列。因此，如果不通过单个流体喷射器阵列的导电性检测装置80感测流体，那么如下文更详细地描述，可通过数字分配系统中的处理器向用户发送警告信号。

对于为非导电性的流体，导电性检测装置80可能不适合用于检测流体室54a到流体室54f中存在或不存在流体。因此，备份流体检测电路还可包含在喷射头60上。在这个实施例中，流体喷射器64是用于加热流体且在流体室66中产生汽泡的热流体喷射器。基于穿过流体喷射器64的电流中的斜率变化来检测热流体喷射器的表面上的泡的形成。如果热流体喷射器的表面上不存在流体，那么将增加加热流体喷射器64的表面的速率。通过检测喷射器表面的加热速率的变化，可检测流体存在或不存在。

图10为根据本公开的另一实施例的用于流体检测装置的热感测电路200的框图。热感测电路200包含微分器212和A/D转换器214以及控制器216。热感测电路200配置成感测流体喷射器阵列的至少一个流体喷射器64的驱动元件的功率FET的漏极处的电压。在图10中，示出包含对应驱动元件204的流体喷射器64(表示为电阻器)。驱动元件204优选地为包含多晶硅栅极206、源极208以及漏极210的MOSFET驱动元件。每个驱动元件可操作以根据通过数字分配系统10中的控制器216提供的逻辑结构选择性地启用流体喷射器64。

微分器212电连接到驱动元件204的漏极210。微分器212用于增强在流体喷射器64的表面上形成流体泡时发生的电压的较小斜率变化。举例来说，假定具有350欧姆/平方米的薄层电阻和百万分之负320的负极温度系数的流体喷射器64用于热感测电路200。在流体喷射器64的表面上形成泡时，流体喷射器电流的斜率略微增加。尽管斜率变化较小，但可使用测量示波器检测来确定流体喷射器电流产生变化的确切时间。流体感测电路200感测穿过流体喷射器64的电流以便感测泡形成。

在另一实施例中，感测功率FET的漏极处的电压。如同先前论述的所测量电流，电压的斜率变化较小且最好通过微分器212微分值来增强。微分器212可为所属技术领域中已知的任何合适的微分器电路且可包含例如电容器和运算放大器的电路组件。

微分器212的输出发送到A/D转换器214，A/D转换器214的输出随后发送到控制器216。如果没有检测到流体，那么控制器216可配置成去除来自加热器202的功率。通过这种方式，热感测电路200可用于确定流体喷射器的情况。举例来说，通过用电压斜率变化和次数的预设值对控制器216进行编程，热感测电路200可确定电压斜率变化是否实际发生，且如果发生变化，那么斜率变化是否符合所编程的值和时序。来自所编程的值的任何偏差将指示流体喷射器64的表面不存在流体。

当检测到不存在流体时，控制器216可配置成停用点火脉冲或可配置成警示用户流体室54a到流体室54f不含流体。在这方面，当检测到斜率变化时，微分器212可输出逻辑高或数字1。当这个值反相且随后与点火脉冲进行AND运算时，结果是信号得到栅控且功率FET装置断开。

图11为根据本公开的另一示范性实施例的用于流体检测电路的替代性热感测电路300的框图。热感测电路300包含采样电路310和斜率检测电路微分器312。如所示出，电压在如上文所描述的晶体管漏极节点处采样，但在本实施例中，漏极电压作为输入传送到采样电路310。采样电路310可为具有模拟输出的开关电容器电路或具有数字输出的A/D电路。将来自采样电路310的输出值馈入到对信号执行采样到采样微分的斜率检测电路微分器312中。在斜率检测电路微分器312内检测到斜率的突然变化且将这一突然变化转换成如图12所示出的数字输出314。如在先前实施例中，用于断开功率MOS FET且传信给用户流体室不含流体的斜率检测电路微分器312可输出逻辑高或数字1。

应了解流体检测电路中的一个或两个可用于上文所描述的可填充移液管盒50。可单独或依次使用流体检测电路，或系统可编程成针对一个流体使用一个流体检测电路且针对不同流体使用不同流体检测电路。在一些实施例中，可首先使用导电性检测电路来检测流体存在或不存在，且如果检测到没有流体，那么热感测电路将随后用以检测流体存在或不存在。如果一或多个流体室54a到流体室54f含有流体，那么流体将从流体通孔62流入喷射头60中来填充流体通道68和流体室66。在激活流体喷射器64后，流体随后将通过流体喷嘴70喷射到如微孔板的孔的衬底或玻璃载片上。如果流体室中不存在流体，那么将激活流体检测电路来通知用户这一问题。

图13为具有用户输入块400的数字分配系统10的框图，所述用户输入块400用于将流体信息、流体室信息、流体分配位置、流体分配容量、流体室容量以及衬底类型输入到装置10的存储器410中。处理器412配置有使用存储器信息和来自流体检测电路80、流体检测电路200或流体检测电路300的反馈来控制喷射头60上的流体喷射器64的算法。

如图14所示，通过数字分配装置10分配流体的过程414的第一步骤416使用移液管用流体填充一或多个流体室54a到流体室54f。在步骤418中，用户还规定含有流体的流体室和识别哪一流体在哪一流体室中。在信息存储在存储器410中后(图13)，使用上文所描述的流体检测电路中的一个或两个手动或自动启动步骤420来检测指定流体室中是否存在流体。如果流体为导电性的，那么处理器激活导电性检测装置80来确定流体是否存在。如果由于指定流体室为空的或流体为非导电性的而没有检测到流体，那么处理器激活热感测电路200/热感测电路300来确定指定流体室中是否存在流体。如果在步骤422中在正确流体室中检测到流体，那么分配作业将在步骤424中开始直到作业完成且在步骤430中终止。然而，如果指定流体室中不存在流体或确定流体在不正确流体室中，那么在步骤426中提供错误信号需要用户干预步骤428中的过程。用户可在步骤430中终止分配作业或在步骤416中正确地填充室和/或在步骤418中指定哪一流体处于哪一室。

举例来说，如果流体应该移液到流体室54a中而用户错误地将流体移液到流体室54b中，那么流体检测电路可检测到流体室54a不含流体且可检测到室54b含有流体。处理器可显示发生错误的警告且在继续进行到步骤424之前允许用户修正错误。在替代方案中，处理器可编程成虚拟地将来自流体室54a的流体数据自动移动到流体室54b或在由用户输入时移动。处理器还可编程成在分配操作期间持续检查流体室中的每一个中的流体来确定在流体分配操作完成之前室是否耗尽流体。关于使用的流体量和从单独流体室喷射的流体的历史的信息可存储在存储器中用于将来参考或用于故障处理流体分配操作。

应注意，如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”以及“所述(the)”包含多个指代物，除非明确且确切地限于一个指代物。如本文所使用，术语“包含”和其语法变体旨在为非限制性的，使得列表中项的列举并不排除可以替代或添加到所列项的其它相似项。

尽管已经描述具体实施例，但申请人或所属技术领域的其它技术人员可以想到当前未预见到或当前可能未预见到的替代方案、修改、变化、改进以及大体等效物。因此，如提交且如可以修正的所附权利要求旨在涵盖所有这类替代方案、修改、变化、改进以及大体等效物。

Claims (18)

1.一种数字分配系统，其特征在于，包括：

可填充移液管流体盒，其中具有一或多个流体室且具有附接到其的喷射头，所述喷射头上含有多个流体喷射器，其中所述流体喷射器与所述可填充移液管流体盒的所述一或多个流体室流体流动连通；以及

流体检测电路，安置在所述喷射头上且与所述多个流体喷射器中的至少一个相关联以用于发信所述一或多个流体室中存在或不存在流体。

2.根据权利要求1所述的数字分配系统，其特征在于，所述流体检测电路选自由以下组成的群组：(a)导电性感测电路、(b)热感测电路以及(a)和(b)的组合。

3.根据权利要求2所述的数字分配系统，其特征在于，所述导电性感测电路包括与所述多个流体喷射器中的至少一个电连通的第一电极，和安置在到所述多个流体喷射器中的至少一个的流体流动路径中的第二电极。

4.根据权利要求2所述的数字分配系统，其特征在于，所述热感测电路包括用于所述多个流体喷射器中的至少一个的电压斜率检测电路。

5.根据权利要求1所述的数字分配系统，其特征在于，所述流体盒包括两个或大于两个离散流体室。

6.根据权利要求1所述的数字分配系统，其特征在于，所述喷射头上包括两个或大于两个流体喷射器阵列且来自所述两个或大于两个流体喷射器阵列中的每一个的至少一个流体喷射器与所述流体检测电路相关联。

7.一种用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，包括：

提供可填充移液管流体盒，其中具有一或多个流体室且具有附接到其的喷射头，所述喷射头上含有多个流体喷射器，其中所述流体喷射器与所述可填充移液管流体盒的所述一或多个流体室流体流动连通；以及流体检测电路，安置在所述喷射头上且与所述多个流体喷射器中的至少一个相关联以用于发信所述一或多个流体室中存在或不存在流体；

用待分配的流体填充所述一或多个流体室中的至少一个；

激活所述数字分配系统的诊断功能以确定所述待分配的流体是否存在或不存在于所述一或多个流体室中的所述至少一个中；以及

在不存在来自所述诊断功能的错误或警告的情况下启动流体分配序列。

8.根据权利要求7所述的用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，所述流体检测电路选自由以下组成的群组：(a)导电性感测电路、(b)热感测电路以及(a)和(b)的组合。

9.根据权利要求8所述的用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，所述导电性感测电路包括与所述多个流体喷射器中的至少一个电连通的第一电极，和安置在到所述多个流体喷射器中的至少一个的流体流动路径中的第二电极。

10.根据权利要求8所述的用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，所述热感测电路包括用于所述多个流体喷射器中的至少一个的电压斜率检测电路。

11.根据权利要求7所述的用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，进一步包括在存在来自所述诊断功能的错误或警告的情况下修改所述流体分配序列，所述错误或警告指示所述一或多个流体室中的所述至少一个中的不正确流体。

12.根据权利要求7所述的用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，进一步包括在存在来自所述诊断功能的错误或警告的情况下修改所述流体分配序列，所述错误或警告指示所述一或多个流体室中的至少一个不存在流体。

13.根据权利要求7所述的用数字分配系统分配流体的方法，其特征在于，进一步包括在存在来自所述诊断功能的错误或警告的情况下终止所述流体分配序列，所述错误或警告指示所述一或多个流体室中的至少一个不存在流体。

14.一种数字分配系统，其特征在于，包括：

可填充移液管盒，其中具有至少一个流体室和与所述至少一个流体室流体流动连通的喷射头，其中所述喷射头上含有多个流体喷射器和流体检测电路；

处理器，安置在配置有流体检测算法的所述数字分配系统中，其中所述处理器与所述流体检测电路电连通以用于在不存在流体的情况下激活错误信号；以及

用户输入装置，用于在错误信号激活后修改或终止流体分配序列。

15.根据权利要求14所述的数字分配系统，其特征在于，所述流体检测算法编程成使用(a)流体导电性数据、(b)喷射器热数据或(a)和(b)的组合以确定流体是否存在于所述至少一个流体室中。

16.根据权利要求15所述的数字分配系统，其特征在于，所述流体检测算法编程成(i)初始地使用流体导电性数据以及(ii)在通过(i)未发现流体的情况下使用喷射器热数据。

17.根据权利要求14所述的数字分配系统，其特征在于，所述可填充移液管盒包括两个或大于两个流体室且其中所述流体检测算法编程成确定流体是否不存在于所述两个或大于两个流体室中预定的一个中。

18.根据权利要求14所述的数字分配系统，其特征在于，所述流体检测算法编程成确定所述至少一个流体室何时耗尽流体。

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