CN1371302A - 将许多微滴加在底物上的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将许多微滴施加在底物上的设备,它包括许多在一配料头中的喷口(14)。除了用于在每个喷口(14)上确定一个要配料的介质液柱的装置外,按这样的方式设一个可充填缓冲介质的压力腔(30),即,通过此缓冲介质可同时在液柱离喷口(14)有间距的那些端部施加一压力。最后,设一压力发生装置(8、40),用于将压力按这样的方式作用在缓冲介质上,即,可通过许多喷口(14)同时将许多微滴施加在底物上。

Description

将许多微滴加在底物上的设备和方法

本发明涉及将许多微滴施加在底物上的设备和方法，尤其涉及这样一种设备和这样一种方法，即它们能同时施加许多微滴。具体而言，本发明涉及适用于制造所谓生物芯片的设备和方法，其中要将多种不同的分析物加在底物上，以便在一种未知的试样中检定不同的物质。

随着越来越多地破译人、动物、植物的基因组提供了许多新的可能性，包括从诊断遗传引起的疾病到大大加速研究制药学方面感兴趣的制剂。例如今后可使用上述生物芯片，研究食品的多种可能的遗传性改变的成分。在另一个应用领域，这种生物芯片可用来对于遗传引起的疾病确定准确的遗传缺陷，以便由此得出治疗此疾病的理想对策。

可在这些应用领域使用的生物芯片通常由一载体材料亦即一底物组成，在此底物上栅格状地施加许多不同的物质。在此阵列中，典型的栅格距离在100μm与1000μm之间。在一个生物芯片上不同的称为所谓分析物的多样性，取决于使用领域，从几种不同的物质到每个底物上几十万种不同的物质。通过这些不同分析物的每一种，可以在一种未知的试样中检定一种完全确定的物质。

若将一种未知的试液涂在一个生物芯片上，则某些分析物将发生反应，借助恰当的方法，例如荧光检测装置，可以检测到这些反应。在生物芯片上不同分析物的数量与未知试液中不同成分的数量相对应，它们可用各自的生物芯片同时分析。因此，这样一种生物芯片是一种诊断工具，借助于此诊断工具，可同时和有目的地研究一种未知试样的多种成分。

为了将分析物施加在底物上以制成这种生物芯片，目前已知三种根本不同的方法。根据所需要的生物芯片的件数或根据每个芯片需要的分析物数，交替地使用这些方法。

第一种方法称为“接触印刷(Contactprinting)”，在这种方法中使用一束钢毛细管，毛细管内部充填不同的分析物。这一束钢毛细管压印在底物上。当提升这一束钢毛细管时，分析物以微滴的形式粘附在底物上。在此方法中，压印图案的质量显然很主要地取决于毛细作用力的效果，并由此与许多关键参数有关，例如底物表面质量及面层、喷嘴准确的几何尺寸以及尤其取决于所使用的介质。此外，本方法对于底物及喷嘴的污染状况非常敏感。所说明的这种方法适用于每个底物分析物数量不超过几百种。

在第二种用于制造生物芯片的所谓“Spotting”的方法中大多使用所谓的微型分配器，它们类似于喷墨打印机能将一种液体的一个个微滴根据相应的控制指令喷射在一底物上。这样一种方法称为“drop-on-demand”。在市场上可以买到一些公司出品的这种微型分配器。本方法的优点在于，分析物可以不接触地施加在底物上，在这里毛细力的影响是无关紧要的。但是一个关键问题在于，这种方法非常昂贵和特别难以将全部供应不同介质的许多喷嘴平行排列或布置成一个阵列。在这里，限制的因素是致动器和介质后勤，它们不能按期望的程度微型化。

目前作为第三种制造生物芯片的方法采用所谓的“合成法”，其中通常由一系列连接在一起的核酸组成的分析物化学地制在亦即合成在底物上。为了限制不同分析物的空间位置，采用一些如由微电子技术已知的方法，例如采用面膜工艺的平版印刷法。这种合成法在提及的这些有间距的方法中是最昂贵的，不过可在一个芯片上制成有最多种分析物，亦即每个底物为数量级十万种不同的分析物。

本发明的目的在于创造成功用于将许多微滴施加在底物上的设备和方法，它们允许将微滴按一种有规则的图案经济地和准确地同时施加在底物上，以及创造一种在制造这种设备时采用的方法。

此目的通过按权利要求1和21所述的设备以及按权利要求23和24所述的方法达到。

本发明提供了一种将许多微滴施加在底物上的设备，它在一配料头中有许多喷口。此外设一个装置用于在每个喷口上确定一个要配料的介质的液柱。可充填缓冲介质的压力腔按这样的方式布置，即，通过此缓冲介质可同时在液柱离喷口有间距的那些端部施加一压力。最后，设一压力发生装置，用于将一压力按这样的方式作用在缓冲介质上，即，可通过许多喷口同时将许多微滴施加在底物上。在这里压力腔可在配料头内、在压力发生装置内或既在配料头内又在压力发生装置内构成。

此外本发明还提供一种用于将许多微滴施加在底物上的方法，其中，首先在许多喷口的每一个上各造成一个要配料的介质的液柱。接着，在液柱离喷口有间距的那些端部借助缓冲介质同时施加一个压力，使得要配料的介质微滴能同时从喷口喷出。

本发明基于下列认识，即，有可能将许多微滴同时施加在底物上，只要通过一种公共的缓冲介质将一压力同时施加在处于喷口上的液柱上。缓冲介质优选地是惰性的，通过此缓冲介质将短压力脉冲均匀地传给全部喷嘴的液柱，以及，除此之外还防止处于喷口上的不同介质混合，也就是说这种缓冲介质有隔离配料介质的特性。

按本发明喷口或喷嘴可按彼此相同的间距排列，液滴也应按此间距施加在底物上。若喷嘴彼此应非常靠近地布置，则优选地每个喷嘴通过一自己的介质管道与一较大的位于外部的贮存器连接，通过贮存器可向每个喷嘴或喷口供应某一种液体。但是若喷嘴彼此有足够大的距离，则它们可用传统的方法，例如借助标准的自动移液器供液体，从而可以取消介质管道和贮液器，于是贮液器可直接设在喷嘴上面。

为了在按本发明的缓冲介质上施加一压力脉冲，在本发明优选的实施例中采用一配设有致动器的薄膜。但是此压力脉冲也可按任何可设想的其他方式发生，例如通过化学或热力学过程在其中有缓冲介质的压力腔内生成过压。例如可采用一根配设有致动器的推杆。此外，压力发生装置可以有一个压缩空气供给装置，它在流动上与压力腔连接。

按本发明，生成的快速压力脉冲均匀地作用在所有喷嘴上并使在喷嘴内所含有的液体加速。因此微滴可同时从许多喷口喷出。此外，按本发明的缓冲介质还防止在底物上施加不同的要配料的介质时发生这些介质的混合。

按本发明的优选地采取下列措施在喷口上造成一液柱，即，令喷口是可通过毛细作用充填的通道的外端，在这种情况下在此通道内构成液柱。于是此通道优选地通过流体连接管道与一贮液器连接，使得始终能实现通道借助毛细作用充填。

因此本发明提供了一些设备和方法，借助它们可以生成尤其是生物的重要物质的微滴并能按规则的图案施加在底物上。此外，本发明提供了一种用于这种将许多微滴施加在底物上的设备中的配料头以及一种方法，这种方法可有利地应用于制造这种配料头。

在从属权利要求中说明了本发明的进一步发展。

下面借助附图进一步说明本发明优选的实施例。其中：

图1按本发明的设备一种实施例的横截面示意图；

图2在图1所示设备中使用的硅基片横截面示意图；

图3图2中所表示的基片的示意底视图；

图4图2中所表示的基片的示意俯视图；

图5说明按本发明的设备另一种可供选用的实施例横截面示意图；

图6、7和8按本发明的设备另一些实施例的横截面示意图；

图9A和9B说明喷口设计的一种实施例的示意底视图和横截面示意图；

图10图6中局部a的放大示意图；

图11按本发明的一种实施例的贮液器示意图；以及

图12说明按本发明用于制造从射流基片前侧到后侧的流体通孔的方法用的示意图。

由图1可见，所示的按本发明用于将许多微滴施加在一底物上的设备实施例由具有某种结构的硅基片2、放在硅基片2上的中间板4以及放在中间板4上的层6组成，在层6中构成形式上为一挤压膜8的压力发生装置。

首先尤其借助分别放大表示硅基片2的图2-4详细说明硅基片2的结构。可以看出，在硅基片2的下侧构成许多有下喷口14的喷嘴。喷嘴优选地有一种允许通过毛细作用充填喷嘴的尺寸，此外它们还按一种微型结构布置在基片2的下侧，即它们相对于周围的硅表面露出。在这些图中表示了六个互相并列的喷嘴，其中图3表示硅基片2的底视图和在其下侧具有某种结构的喷口14，在这里可看到所表示的实施例中包括24个喷嘴。同样可以看出，喷嘴相对于周围的硅表面露出，边缘24表示硅基片2的外边缘。在这里应补充说明，与图1所示相比，在图3的视图中边缘有减小了的宽度。

在喷嘴的喷口14上面各设有通道15，通过它们可在各自的喷口14上方确定一液柱。各喷嘴通过介质管道26与在硅基片2表面内构成的介质贮存器28连接，介质管道尤其可在图4中以及图2的放大图中看出。在这里应指出，在图1和2的横截面图中只能分别看到两个介质管道26。如图4所示，有24个介质贮存器28通过介质管道26与硅基片2各自的喷嘴连接。

在图示的实施例中，介质贮存器28具有某种结构地布置在硅基片2上与喷口14处于相对位置的表面内。这些介质贮存器28优选地设计为它们能借助标准的自动移液器自动充填液体。为此，它们可例如有与已知的348一路微型滴定板的腔一致的直径和间距。介质管道26优选地设计为使液体可从介质贮存器28借助毛细力经介质管道抽往喷口14。因此可从较大的贮存器28经介质管道26向彼此紧邻的喷口14的通道15供应液体。从而在介质贮存器28与喷口14之间发生格式转换。

所表示的喷口14可例如直径为200μm，在这种情况下介质管道可同样有200μm的宽度。所以此图示的24个喷嘴的阵列可顺利地按彼此的间距为1mm排列。在一个阵列中允许布置的喷嘴数量的限制因素在这里是连接喷嘴与介质贮存器的连接通道的宽度。这些连接通道必须在喷嘴之间向外导引。若进一步减小这些通道的宽度，则可以在一个配料头上安置48、96或甚至更多数量的喷嘴。

在图示的本发明的实施例中，现在在硅基片2上设置一中间板4，它有一缺口30，此缺口位于喷嘴上方，所以缺口30可用作容纳缓冲介质的压力腔。处于压力腔30内的缓冲介质优选地是一种气体或空气混合物。

在图示的实施例中，中间板4还有一些槽32，它们的作用是增大在硅基片2内构成的介质贮存器28的容量，以便能容纳更大量的液体34。在图示的实施例中作为压力发生装置是设在压力腔30上面的薄膜8，借助此薄膜8可在压力腔30内产生过压。薄膜8可例如由弹性薄片或由硅制成。为简化生产，此薄膜可以是层6的一部分，层6放在中间板4的上侧上，在这种情况下层6在介质贮存器28、32的所在区内优选地有用于补充贮存器的口。

为了造成冲击式偏移挤压膜8，可优选地设一机械装置(图1中未表示)，它例如可由一气动活塞构成，它积木式地不与图1中所表示的本发明的部分固定连接地装在挤压膜8上面。作为替换形式，致动器也可以由压电致动器或纯机械结构如弹簧组成。

在图5中示意表示了这样一种致动器构件并用标号40表示，此致动器构件40可造成沿箭头42的运动，以便由此在压力腔30内产生一压力。在图5中还表示，在图示的实施例中在挤压膜8内设一通风阀44，以便在挤压膜8松弛时防止处于喷嘴内的液体容积朝挤压膜8的方向加速。在图5所示的实施例中，通风阀44设计为主动式阀，在挤压膜8为在压力腔30内产生过压而偏移时，它被致动器40自动关闭，而在致动器构件40回程时释放通风。在这里致动器速度大于因薄膜松弛造成的挤压膜8的速度。

下面说明所介绍的按本发明的设备的工作方式。开始时介质贮存器28、32优选地充填不同的要施加在底物上的介质，如上面已说明的那样，充填工作可例如借助于标准的自动移液器通过一传统的微型滴定板进行。由于在本发明优选的实施例中规定的介质管道26及喷嘴的尺寸设计现在从喷嘴一直到喷嘴下部喷口14的自动充填均通过毛细作用完成。然后在压力腔30内加上缓冲介质，例如一种空气或气体混合物，这种混合物可由环境空气或专门通过孔42加入的混合物构成。无论如何这种缓冲介质相对于要配料的液体具有隔离介质的性质，所以要配料的介质不会在压力腔30内发生混合。为了加强这种介质隔离特性，基片上侧可覆盖一个疏水层。它可提高可靠性，防止来自不同介质管道的液体在喷嘴区内互相混合。此外，基片的其中构成喷口的下侧也可以覆盖一疏水层。

若喷嘴现在优选地通过毛细作用一直到喷口均已充填要配料的液体，则借助致动器40造成一个压力脉冲，以便通过挤压膜8在压力腔30内产生机械挤压。由此通过缓冲介质在压力腔30内扩展为一均匀的压力脉冲，如图1中箭头46所示。所生成的快速压力脉冲均匀地作用在所有的喷嘴上并使在喷口14处的液柱加速。在介质管道26内的相对于其中存在液柱的通道15在流动上并联的液体，由于较大的流动阻力，所以加速度明显低于在喷口上存在的液柱容积的加速度。因此液体同时通过所有的喷口14喷出。导致这种喷出的原因是，通过挤压运动被压缩的缓冲介质由于其膨胀的趋势而在压力腔30内造成过压。若现在喷嘴已排空，或缓冲介质的过压减少到这样的程度，即在喷嘴处不再排出液体，则喷嘴基于和用在介质管道26内的毛细力而重新充填。

接着，通过相应地操纵致动器构件40使挤压膜8移回其原始位置。为防止在压力腔30内因挤压膜松弛而产生负压，设通风阀44。在薄膜松弛的时刻此通风阀允许压力腔通风，所以不会造成在喷嘴内的液体朝挤压膜8的方向加速。若现在挤压膜8已重新处于其原始位置，则可实施下一个配料过程。

与上述主动式通风阀44不同，也可设一被动式阀，它可以例如是一个很小的通风孔，通风孔可处于压力腔30的任意位置。优选地它既可布置在挤压膜内也可设在硅基片中的喷嘴侧上。当例如为了喷出许多微滴薄膜快速运动时，此通风孔不允许压力补偿。然而当薄膜比较缓慢地松弛时通风孔允许压力平衡，并由此防止在压力腔内造成负压，所以可避免在喷嘴处不利的压差。

在上述的说明中总是采用术语喷嘴14来表示一个方向向外的喷口以及一个处于其上方的用于在喷口上确定一个液柱的装置。为了喷出微滴，通过缓冲介质总是在液柱的离喷口有间距的端部上施加一个压力。为了增大在喷嘴内的液体容积，亦即增大液柱的液体容积，可在喷口上方除所设的通道外沿轴向设开口的竖管。这些竖管可通过在喷嘴附近的T形连接装置与介质管道连接，介质管道没有变化地连接喷嘴与各自的介质贮存器。这些竖管仅基于毛细力充填来自介质管道的液体。在这种情况下，通过缓冲介质在竖管离喷嘴有间距的端部施加一个压力。

若竖管或喷嘴区可直接通过传统的方法，例如借助自动移液器或微型分配器等充填液体，则可取消连接的贮存器及介质管道。要不然如在图4的俯视图中可看到的那样的在外部的贮存器便是一种优选的设计，因为它们可方便地用标准的自动移液器充填，以及除此之外还可通过它们借助毛细力自动充填可能设置的竖管。

采用按本发明的用于将许多微滴施加在底物上的设备，优选地可通过每个喷嘴在底物上施加不同的液态介质。但也可以设想多个喷嘴构成一个喷嘴组，它通过一公共的介质管道供应同一种液体。

在图4中表示的介质管道26并列地在硅基片2的表面构成。如上面已提及的那样，介质管道的这种布局限制喷嘴的排列密度，为了能提高喷嘴的排列密度，可以叠装多块盖板或中间板，然后将介质管道分布在多个平面内。通过管道在不同的平面内导引，它们表面上看似乎是交叉的，但实际上在各管道内不发生不同液体的混合。在这里应指出，在喷嘴区内，介质管道既可以是开式导引的，也可以设一盖。开式介质管道的优点是它们可更快速充满以及对污染的敏感性较低。带盖的介质管道的优点是，能可靠排除不同介质管道之间的横向污染。

如上面已提及的那样，可采用任何压力发生装置，只要它能向缓冲介质作用一压力脉冲。为此，优选地采用挤压膜，它借助恰当的致动器驱动，例如是气动活塞、压电致动器或弹簧。在这种情况下所需要的挤压行程，一方面基于气体的可压缩性取决于其中加有缓冲介质的容积尺寸，以及另一方面取决于喷嘴的尺寸，并应能通过致动器的一个可改变的调节行程调整。若挤压膜设计为能导电的，则通过检测电接触可以引起致动器相对于薄膜采取一个确定的参考位置。

按本发明的具有一种压力发生装置的设备另一种可供选用的实施例在下面参见图6说明。图6仍表示了一个配料头基片102，在其下表面内构成喷口104，它们通过流体管道106与在中间层110内构成的贮液器108连接。在图示的实施例中，在中间层110上面设盖板112，用于贮液器108的通风口114在此盖板内构成。

由图6可见，盖板112有各自的槽116，它们分别为多个贮液器设一个通风口114。通过设置通风口，使得在通过毛细作用补充配料介质时不会在贮液器108内形成负压。为了除此之外减少从贮液器108蒸发，通风口114优选地有比贮存器口小的横截面积。如图6所示，这一点可优选地采取这样的措施达到，即对于多个贮液器108设唯一的一个通风口114。为了进一步减少介质蒸发，盖板112可通过其优选地用导热性良好的材料制造设计为冷却装置，此材料或与特殊的冷却元件例如peltier元件机械连接，或通过具有某各结构的通道设计供应预冷的液体。作为替换形式，通风口114也可以按卷绕的或曲折形的结构设置，以进一步减少蒸发。此外，盖板112除上述减少蒸发的作用外还导致配料头具有机械稳定性，因为它可以吸收由致动器传入的机械力。

如图6所示，在中间层110内喷口114上方形成一缺口，它确定了压力腔118。在压力腔118内仍加有缓冲介质，在图示的实施例中为空气。在这里应指出，在流体管道106的区域120内朝压力腔118方向开口的流体管道106优选地设计为能将要配料的液体借助毛细力保持在流体管道中，而空气因而被挤出流体管道。

在图6所示的实施例中，用于在缓冲介质上施加压力的压力发生装置有一压缩空气输入管122，它设一阀124。压缩空气输入管122在图示的实施例中借助固定装置126，例如螺丝，固定在可以是固定装置130一部分的外壳板128上。压缩空气输入管122有一个具有横截面增大的区域132，它终止在压力腔118内。横截面增大的区域通过一内插件134确定。内插件134借助密封装置136，例如O形密封圈，装在盖板112上，外壳板128优选地用作加压板。通过横截面增大的区域132，可在处于压力腔相对端的喷口104上施加一个确定的压力。换句话说，这种压力发生装置由输入管122组成，它通过中间连接的阀124与液柱离喷口104有间距的端部连接。若从输入管122一直到起先关闭的阀124处于一起始压力之下，则阀的开启导致流入缓冲介质，在优选的实施例中为空气，并提高了在上述液柱端部处的压力。这一压力提升随着阀124的关闭而终止。在这里取决于阀124的开关时间，或只有液柱的部分容积，或最多液柱的整个充填容积，通过喷口104排出到目标底物(图中未表示)上。在阀关闭后，通过打开附加的通风通道(图6未表示)可在时间上加速压力下降。

除此之外，在图6中还表示了下部覆盖层138，它通常很薄，以便使其上应施加微滴的底物在配料时能被置于尽可能邻近喷口104的平面。在喷口104所在区有一缺口的下部覆盖层可用于将液体保持在流体管道内，以及与此同时防止喷口被污染和破坏。

固定装置130的安装稍后参见图10详细说明。

图7表示按本发明设备的另一种实施例，其中采用另一种压力发生装置，在图7中与图6中一致的构件用相同的符号表示以及在下面不再单独说明。

在图7所示的实施例中，压力发生装置由推杆140和与之配合工作的致动器142。推杆140通过弹性密封圈136’装在加压板112上。弹性密封圈136’用于构成一个对外封闭的压力腔容积，并在通过致动器142操纵推杆140时保证压力腔118向上封闭的压力腔容积。推杆140可与致动器142机械地固定连接，或如图7示意地表示的那样，没有任何固定连接。此外在图7中表示了一个在推杆140中的通风口144，除了图中所表示的直线走向外，它也可以有任意的适合压力腔118通风的走向。

推杆140可借助致动器142以强的动力方式朝喷嘴104的方向加压，由此减小压力腔118的容积，所以封隔在里面的缓冲介质(在优选的实施例中为空气)在压力腔内被压缩以及压力升高。因此微滴从喷口106喷出。在微滴喷出后，偏移的推杆140仅借助弹性密封圈136’的复位力移回其起始位置。

具有如图7所示的推杆140的压力发生装置的优点是，尽管通过中间板110增大了贮液器108的容量，但压力腔118的容积仍可设计得很小。若在压力腔118内有气态的缓冲介质，则在压力升高时可由于此较小的腔容积减少可压缩的容积部分。因此，在致动器142的时间位移特性相同的情况下可以产生更大的腔压并因而提高液滴速度。

如图6和7所示，可在配料头基片102中设一些通孔，所以流体管道106交替地在配料头基片的上侧或在下侧延伸。其中一个通孔也可以直接设在贮液器下方，如图7中标号146所示。因此在这里要配料的介质可在基片下侧导引。

虽然上面已说明了本发明的实施例，其中分别按规定的方式在配料头基片优选的硅基片、中间板或盖板中设喷口、流体管道、贮液器和用于确定液柱的装置，但对于专业人员而言显然知道，不同的作用元件可按任何能实现的方式布置在不同的层内。

例如在图8中表示了一种按本发明的设备实施例，其中整个介质系统，亦即喷口、流体管道和贮液器设在唯一的基片200中，所以可取消任何盖板，亦即上和下盖板。在这种情况下流体通道106必须有大的毛细力，以便仅借助毛细力便能将要配料的液体保持在通道内。这些流体通道106一方面与处于基片200内的贮液器202连接，以及另一方面与设在基片内的喷口104连接。在图8中如在图6和7中那样，在喷口104上方各设一喷嘴通道204和一个处于其上方的竖管206，在这种情况下，喷嘴通道204和竖管206在每个喷口上共同确定要配料的介质的液柱。作为替换形式，可仅仅设喷嘴通道204作为用于确定液柱的装置便已足够。

流体管道106以及尤其是它们在基片200下侧或上侧内构成的区域106’和106”有如此的深度和宽度尺寸，亦即仅仅借助毛细作用便可将处于其中的液体保持在管道和管道区内。可以实现流体管道106有足够的毛细作用，只要将它们设计为有非常小的宽度和与宽度相比大的深度。

在图8所示的这种基片中，因为流体管道106向上侧或下侧方向开口，所以必须保证在通孔208内的流动阻力比喷口104的流动阻力足够大，以便保证借助压力发生装置微滴只通过喷口喷出，而不通过通孔208以及经流体管道106喷出。因此在通孔208中必须通过很高的加工精度制成具有很小的流动阻力，稍后将参见图12详细说明如何能加工成精度很高的通孔208的实施例。

图8所示的压力发生装置同样包括推杆140’和为推杆配设的致动器142，其中推杆140’通过弹性密封圈136’与基片200在作用上连接起来。在图8所示的实施例中，压力腔118’的大部分由推杆140’的一个凹槽构成。在围绕着构成压力腔118’的凹槽的边缘区210内，推杆140’有一环形槽212，其中安装或优选地固定此弹性密封圈136’。现在可借助致动器142在推杆140’上施加一个力，从而通过压缩弹性密封圈136’可在压力腔118’中造成过压，它促使微滴通过喷口104喷出。在这里应指出，压力腔118’并不一定要完全通过推杆140’内的凹槽构成，而是可以另有选择或与此同时令基片200具有某种结构，以便有助于制成压力腔。

在图8所示的实施例中，压力发生装置和基片200可设计为彼此能完全分开的独立构件，因为密封圈136’不必与基片连接。因此有可能按制作次序连续地一个接一个输入多个载体底物并因而将微滴施加在多个载体底物上。同样的方式也适用于图7所示的实施例，因为在那里在压力发生装置与配料头之间也无需存在任何固定连接。

图8所示的配料头基片200可通过传统的微型结构化工艺在硅内构成，但这种结构也尤其适合于在塑料内实施，例如借助冲压技术制成。此外，因为流体管道有大的毛细力并向一侧开口，所以任何暂时存在的空气夹杂可被从通道挤出。还有，开口的通道还为净化基片提供了一个直接的入口。

如已提及的那样，压力腔可至少部分在基片内构成和/或完全或部分成形在配属的致动器头部中，如参见图8针对推杆140’所说明的那样。在此无盖板的实施形式中，有必要使流体管道或通道的基片通孔有比喷嘴通道大得多的流动阻力，以便在释放压力脉冲时只从喷口排出微滴。为便于做到这一点，基片通孔的口径有比喷口小得多的横截面。因此在按图8的实施例中可以完全取消盖板，这种取消带来的突出优点在于，可能在介质充填时发生的空气夹杂可以在基片的任何位置被毛细力压出和消失。因此显著简化充填工作。

下面参见图9A和9B简要地说明喷嘴如何能设计在配料头基片下侧内的实施例。图9A表示一种可能的喷嘴结构底视图，而图9B示意表示其横截面图。喷口104分别被一边缘220围绕，在图示的实施例中边220从配料基片222下侧伸出。由图9A和9B还可看出，在配料头基片的下侧222构成一沟渠结构224，它完全围绕喷口104或其边缘220。沟渠结构224按这样的方式离喷口104有一定距离地设置，即，使沟渠224基于其深的结构有能力将喷口104处出现的多余介质借助毛细作用维系住。这些围绕着喷嘴的沟渠也可以按这样的方式互相交联，即能通过毛细力将多余的液体从喷嘴区排除并输送到配料头的外部区内。

现在参见图10详细说明图6中放大的局部a，由图10可见在配料头下部区内的一个缺口230，固定装置130可通过它固定在配料头上。由图10可见，在此实施例中，成环形或按区段的方式在配料头内构成的缺口这样实现，即令中间层110超过配料头基片102和下部覆盖层138伸出。因此，中间层110的下侧232形成支承面，它贴靠在固定装置130上，使图10中未表示的喷口平面能被置于尽可能靠近在其下方应施加微滴的载体底物。因此载体底物可与喷口有一个很小的间距但又不与它们接触，并可在配料头下方自由运动。此外，固定装置130可设计为固定多个配料头，每一个正好应借助其配料的配料头可移动到致动器下方，为此只需操作固定装置。固定装置还可设计为，它同时作为内插装置用作从储存装置，例如滴定板，至设在固定装置中的配料头贮液器的介质输送装置，因此配料头的充填以及将已充填的配料头置入压力发生装置简化为单一地操作固定装置。

生物液体通常通过滴定系统从原始格式例如滴定板向目的地输送。要配料的介质，亦即要配料的液体240储存在毛细管242内。因此有利的是，在图11中作为范例用标号244表示的这种配料头一部分的配料头其贮液器108设有毛细的中间桥246。为将液体储存在毛细管242中，毛细管必须是亲水的。若毛细管是亲水的，则在毛细管242端部的流体弯月面248向外曲拱，因此在放上移液毛细管242时，毛细的中间桥破坏了储存配料介质240的表面。因此，毛细的中间桥从配料头244基片的表面突出是不需要的。为此克服表面张力并将介质240吸入毛细作用的贮存结构246内。若尤其采用多通道系统，例如采用96根移液毛细管的针阵列进行加工，则可按已说明的方式同时通过毛细作用充填配料头的全部贮存器。

最后参见图12说明一种优选的方法，这种方法可应用于制造如上述按本发明的设备的配料头所具有的基片通孔。图12示意表示部分基片250，在其上表面252制有第一沟渠254，以及在其下表面256制有第二沟渠258。这些沟渠254和258按规定的角度相交。沟渠254和258的深度选择为，在交叉区形成基片通孔260，它们的口径主要由狭窄的通道254和258的宽度以及通道254和258的交叉角决定。因此采用所说明的方法可有利地制成具有较小的有确定口径的基体通孔。这种方法的优点在于，只须制造一维的小结构，亦即一个狭窄的深通道。通过制造两个这种通道，它们的深度相加必须大于基片厚度，从而获得一个二维的小的有确定口径的基片通孔260。这种用于制造小的基片通孔的方法还有一个优点是，它容忍在基片前侧和基片后侧上的结构的调整误差。这两个结构小的调整误差只造成基片通孔的局部移动，但不改变口径。

上述方法尤其适用于借助传统的摄影平版术的结构化工艺在硅基片内制造基片通孔。但作为替换方案，也可借助任何适用于制造沟渠的方法在用其他材料例如塑料、陶瓷等制的基片内获得基片通孔。

虽然在上面所说明的本发明优选的实施例中，构成喷口的配料头部分微型机械加工地在制在硅基片内，但对于行家来说显然知道，配料头，亦即不仅配料头基片而且不同的中间层和覆盖层，可以用其他恰当的材料采用合适的制造技术制成，例如，基片可采用压注技术或冲压技术用塑料或陶瓷制成。按照另一种替换形式，基片可用金属、玻璃或玻璃-硅结构制成。覆盖层和中间层可有利地用透明的玻璃制造，例如派莱克斯玻璃。

Claims (25)

1.将许多微滴施加在底物上的设备有下列特征：在一配料头中有许多喷口(14；104)；有一个用于在每个喷口(14；104)上确定要配料的介质(34)液柱的装置；按这样的方式设置一个可充填缓冲介质的压力腔(30；118；118’)，即，通过此缓冲介质可同时在液柱离喷口(14；104)有间距的那些端部施加一压力；以及，有一个压力发生装置(8；122、124、132、134；140、142、140’)，用于将一压力按这样的方式作用在缓冲介质上，即，可通过许多喷口(14；104)同时将许多微滴施加在底物上。

2.按权利要求1所述的设备，其中，压力发生装置由挤压膜(8)和一个配属的致动器(40)构成。

3.按权利要求1所述的设备，其中，缓冲介质是空气，以及压力发生装置有一个设有阀(124)的压缩空气供给装置(122)，它与压力腔(118)在流动上连接起来。

4.按权利要求1所述的设备，其中，压力发生装置有推杆(140；140’)和致动器(142)，在这种情况下可借助致动器(142)通过操纵推杆(140；140’)向缓冲介质施加一压力。

5.按权利要求1至4之一所述的设备，其中，用于在每个喷口(14；104)上确定一液柱的装置包括一个通往各自的喷口(14；104)可通过毛细作用充填的通道(15；204)。

6.按权利要求1至5之一所述的设备，它还有用于要配料的各种介质(34)的贮液器(28、32；108；202)，每一个贮液器(28、32；108；202)与各自的用于在喷口(14；104)上确定一液柱的装置在流动上连接起来。

7.按权利要求6所述的设备，其中，贮液器(28、32；108、202)通过流体管道(26；106)与确定液柱的装置连接，流体管道(26；106)设计为允许通过毛细作用充填用于确定液柱的装置。

8.按权利要求7所述的设备，其中，贮液器(28、32；108；202)按第一种图样设在配料头第一表面内，以及喷口(14；104)按第二种图样在配料头第二个与第一个表面处于相对位置的表面内，在这种情况下第一种图样与第二种图样不同，使得在贮液器(28、32；108；202)与喷口(14；104)之间发生格式转换。

9.按照权利要求1至8之一所述的设备，它还有一个用于压力腔(30；118；118’)通风的通风装置(44；144)。

10.按权利要求6至8之一所述的设备，其中，贮液器(108)在压力头的第一主表面内构成，在第一主表面上设加压板(112)，它有一个或多个贮液器(108)的通风口(114)，通风口的横截面积小于贮液器(108)的横截面积。

11.按权利要求6至8或10之一所述的设备，它还有一个用于冷却贮液器(108)内液体的冷却装置。

12.按权利要求1至11之一所述的设备，其中，配料头的其中构成喷口(104)的表面设有覆盖层(138)，它在喷口(104)所在的区域内有一缺口。

13.按权利要求1至12之一所述的设备，其中，配料头在其侧边缘，在其中形成喷口(104)的那个配料头表面内有掏空段，它们与固定装置(130)啮合。

14.按照权利要求13所述的设备，其中，固定装置(130)还设计为用于设置储存装置的装置，储存装置用于充填设备中所设的贮液器(108)。

15.按权利要求1至14之一所述的设备，它还有沟渠结构(224)，它们围绕各自的喷口(104)，该沟渠结构(224)设计为能通过毛细作用维系在其中形成喷口(104)的那个表面上存在的多余液体。

16.按权利要求1至15之一所述的设备，其中，在硅基片(2；102；200)上微机械地构成许多喷口(14；104)和确定液柱的装置。

17.按权利要求16所述的设备，其中，贮液器(28、32；108；202)和流体管道(26；106)也至少部分地在硅基片(2；102；200)中构成。

18.按权利要求16或17所述的设备，其中，压力腔(30；118)由一个在一块放置在硅基片(2；102)上的中间板(4；110)内制成的凹槽(30)构成。

19.按权利要求18所述的设备，其特征为：中间板(4；110)还具有某种结构，以便增大贮液器(28、32；108)的容量。

20.按权利要求6或7所述的设备，其中，贮液器(108)在配料头的第一表面内构成，在贮液器(108)内设有毛细结构(246)。

21.按权利要求1至4之一所述设备的配料头，它有一基片(200)，基片在其第一表面内有许多喷口(104)，基片在其与第一表面相对的表面内有许多贮液器(202)，以及，它有将各喷口(104)与各自的贮液器(202)连接起来的流体管道(106)，流体管道至少部分由制在第一和/或第二表面内开口的沟渠(106’、106”)构成，这些沟渠有这样的深度和宽度尺寸，即，仅仅通过毛细作用就可将液体保持在沟渠中。

22.按权利要求21所述的配料头，其中，流体管道(106)有基片通孔(208)，它们的流动阻力小于由喷口(104)确定的流动阻力。

23.在按照权利要求22所述的配料头基片(200；250)中制造具有规定横截面积的通孔(208；260)的方法有下列步骤：在基片(250)的第一表面(252)内制成有规定宽度和深度的第一细长的沟渠结构(254)；按这样的方式在基片(250)的一个与第一表面相对的第二表面(256)内制成有规定宽度的深度的第二细长的沟渠结构(258)，即，使第一与第二沟渠结构(254、258)相交，所以在相交区存在一个具有规定横截面积的孔(260)。

24.将许多微滴施加在底物上的方法有下列步骤：在许多喷口(14)的每一个上分别造成一个要配料的介质(34)的液柱；接着，在液柱离喷口(14)有间距的那些端部通过缓冲介质同时施加一压力，使得要配料的介质的微滴能同时从喷口(14)喷出。

25.按权利要求24所述的方法，其中，液柱通过毛细作用充填流体通道造成，其中，在每个流体通道的一端设一喷口(14)。

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