DE60119874T2

DE60119874T2 - Mehrfachejektorsystemprüfverfahren und -konfigurationen

Info

Publication number: DE60119874T2
Application number: DE60119874T
Authority: DE
Inventors: Richard H. Los Altos Bruce; Scott A. La Honda Elrod; David A. Los Altos Horine; Babur B. Mountain View Hadimioglu; Jaan Mississauga Noolandi
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: EP1208912A3; US6740530B1; JP2002236128A; DE60119874D1; JP4024523B2; EP1208912A2; EP1208912B1

Description

Bestehende Mechanismen, welche verwendet werden, um biologische Proben herzustellen, weisen einen Mangel auf in der Fähigkeit, die Biofluidtropfen genau anzuordnen, so dass Kontamination und Querkontamination vermieden wird.
Verfahren und Aufbauten zur Überprüfung der Arbeitsweise von Tropfenausstoßeinheiten in einem Vielfachausstoßsystem werden bereitgestellt, um festzustellen, ob die Tropfenejektoren ordnungsgemäß gefüllt wurden und/oder ob die Ejektoren voll ausgebildete Tropfen aussenden. Die Verfahren schließen die Prüfung der Ejektoren vor dem Tropfenausstoß ein. Bei diesem Verfahren wird ein Saugsystem verwendet, wobei das Fluid, welches von dem Saugsystem empfangen wird, auf ein Probesubstrat ausgestoßen wird, um zu ermöglichen, dass ein Abtaster das Vorhandensein des Fluids an ausgewählten Positionen feststellt. Die ausgewählten Positionen sind mit den Tropfenausstoßeinheiten korreliert, um festzustellen, welche Ausstoßeinheiten kein Biofluid aufweisen oder ausreichendes Biofluid aufweisen. Ein weiteres Verfahren überprüft das Ausstoßen vor dem Drucken auf ein Probesubstrat, wobei sowohl die Füllung der Ausstoßeinheiten wie auch der ordnungsgemäße Betrieb der Ejektoren geprüft wird. Nach dem Ansaugen werfen die Ejektoren Biofluidtropfen aus, welche nachfolgend abgetastet und mit jedem einzelnen individuellen Ejektor korreliert werden. Ein weiteres bereitgestelltes Verfahren, welches nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, besteht in einem Laserstreuverfahren, wobei ein Laserstrahl zwischen den Tropfenausstoßweg der Ejektoren gebracht wird. Die Laserdetektion bestimmt daraufhin, ob ein korrelierter Tropfenejektor ordnungsgemäß Tropfen ausstößt.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Reagenzeinsatzes, welcher in einen akustischen Tropfenausstoßmechanismus eingesetzt ist;
2 und 3 sind jeweilige Draufsichten und Seitenansichten eines alternativen, einstückigen, akustischen Tropfenausstoßmechanismus;
4 und 5 zeigen einen einstückigen, piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus;
6 und 7 veranschaulichen einen zweistückigen, piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus;
8 stellt eine entsorgbare Saugverbindung dar, welche in Verbindung mit ein- oder zweistückigen piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismen verwendet wird;
9 veranschaulicht ein Vielfachausstoßsystem, welches entweder einstückige oder zweistückige, piezoelektrische und akustische Tropfenausstoßmechanismen anwenden kann;
10 zeigt eine Seitenansicht eines Vielfachausstoßsystems und veranschaulicht einen einstückigen, Einzelejektormechanismus;
11 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Vielfachejektorsystems, in welchem ein einziger Ejektor gezeigt ist;
12 zeigt eine Vorderansicht eines Vielfachejektorsystems mit Teilfeldern von Ejektoren;
13 und 14 veranschaulichen einen Einzelejektor in einem Vielfachausstoßsystem, wobei der Einzelejektor eine zweistückige, piezoelektrische Tropfenausstoßeinheit ist;
15 und 16 zeigen einen einzelnen Ejektor eines Vielfachausstoßsystems, wobei der Ejektor ein zweistückiger, akustischer Tropfenausstoßmechanismus ist;
17 zeigt eine robotergestützte Technik für Versorgung mit Biofluid;
18 zeigt einen Vordruck-Teststreifen gemäß der vorliegenden Erfindung,
19 veranschaulicht einen Laserstreudetektor für den Betrieb von Tropfenejektoren; und
20 veranschaulicht ein System gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Tropfenausstoßsystems 10, welches einen einzelnen Reagenzeinsatz 12 einschließt, welcher in einen einzelnen, akustischen Tropfenausstoßmechanismus 14 eingesetzt ist. Ein Wandler 16 wird durch die Spannungsversorgungsquelle 18 mit Energie versorgt. Der Wandler 16 wird auf einer Oberfläche des Substrats 20 bereitgestellt, welches in einer Ausführungsform aus Glas hergestellt sein kann. Aufgemustert oder angeordnet an der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 20 befindet sich eine Fokussierungslinsenkonfiguration 22, wie etwa eine Fresnellinse. Es ist anzumerken, dass andere Typen von Fokussierungskonfigurationen anstelle der Fresnellinse ebenso verwendet werden können.
Eine akustische Kopplungsschicht 24, welche ein akustisches Kopplungsfluid sein kann, ist zwischen der Fresnellinse 22 und dem Reagenzeinsatz 12 angeordnet. Das akustische Kopplungsfluid 24 ist so ausgewählt, dass es eine geringe akustische Abschwächung aufweist. Ein Typ des akustischen Kopplungsfluids, welcher günstige akustische Eigenschaften für diese Anwendung aufweisen, ist Wasser. In einer alternativen Ausführungsform kann die Verbindungsschicht 24 eine dünne Schicht aus Fett sein. Die Fettverbindung wird nützlich sein, wenn die Berührflächen relativ eben sind, um die Möglichkeit von eingeschlossenen Blasen zu minimieren.
Auf der Deckseite des Substrats 20 befinden sich die Wände 26, 28, welche eine innere Kammer 30 festlegen, innerhalb derer der Reagenzeinsatz 12 angeordnet ist. Die Seitenwand 31 des Einsatzes 12 schließt eine Dichtung 32 ein, welche sich von deren äußerer Oberfläche erstreckt. Die Dichtung 32 sichert den Einsatz 12 innerhalb der Kammer 30 und hält das akustische Kopplungsfluid 24 unterhalb der Dichtung 32 zurück. Ein genauer Tiefenanschlag 34 hält den Einsatz 12 in einer gewünschten Einsetzposition. Eine dünne Membrane 36 ist auf einer unteren Fläche 37 des Einsatzes 12 ausgebildet, welche im Wesentlichen oberhalb der Fresnellinse 22 angeordnet ist. Die Membrane 36 ist eine akustisch dünne Membrane, wobei akustisch dünn in diesem Zusammenhang definiert ist, zu bedeuten, dass die Dicke der Membrane gering genug ist, dass dieselbe über 50% ihrer einfallenden akustischen Energie durch das Biofluid 38 innerhalb des Einsatzes 12 durchlässt.
Im Betrieb emittiert die Aktivierung des Wandlers 16 eine akustische Welle, welche durch das Substrat 20 zu der Fresnellinse 22 wandert. Die Linse erzeugt eine fokussierte akustische Energiewelle 39, welche das akustische Kopplungsfluid 24 und die Membrane 36 durchläuft und eine Außenspitze an dem Meniskus der Biofluidoberfläche 40 des Biofluids 38 erreicht. Die Zuführung der fokussierten Energie zu der Oberfläche 40 erzeugt eine Unterbrechung in dieser Oberfläche, wodurch ein Biofluidtropfen 42 von dem Einsatz 12 zu dem Substrat 43 ausgestoßen wird. Der ausgestoßene Biofluidtropfen kann eine geringe Größe von ungefähr 15 μm im Durchmesser aufweisen. Diese Größenbegrenzung basiert jedoch auf den verwendeten physikalischen Komponenten, und es ist anzumerken, dass die durch eine akustische Tropfenausstoßeinheit ausgestoßenen Tropfen kleiner oder größer gemacht werden können, entsprechend den Auslegungsänderungen an den physikalischen Komponenten.
Die Oberfläche, von welcher die Biofluidtropfen 42 ausgestoßen werden, kann entweder vollkommen offen sein oder in einer Aperturplatte oder Deckel 44 enthalten sein. Der Deckel 44 wird eine Apertur 45 von geeigneter Größe aufweisen, welche größer als die Größe des ausgestoßenen Tropfens ist, um jegliche Beeinflussung der Tropfenausstoßung zu vermeiden. Die Apertur 45 muss derart bemessen sein, dass die Oberflächenspannung des Meniskus 40 über die Apertur 45 die Schwerkraft auf dem Biofluid 38 ausreichend übersteigt. Diese Auslegung wird verhindern, dass das Biofluid 38 aus dem Reagenzeinsatz 12 herausfällt, wenn der Einsatz 12 mit der Apertur 45 nach unten schauend gedreht wird. Die Konfiguration mit nach unten schauender Apertur hat den Vorteil, dass das Biofluid 38 von Material sauber gehalten werden kann, welches von dem Substrat 46, welches Papier, Glas, Kunststoff oder ein anderes geeignetes Material sein kann, herunterfällt.
Der vorstehende Aufbau isoliert das Biofluid 38 innerhalb des Reagenzeinsatzes 12, wodurch verhindert wird, dass dasselbe in Berührung mit dem Tropfenausstoßmechanismus 14 oder mit anderen möglichen Formen der Kontamination kommt, wie etwa in der Luft vorhandene Kontamination oder Kontamination von Biofluiden, welche früher mit dem Ausstoßmechanismus verwendet wurden. Der Reagenzeinsatz 12 ist von dem akustischen Kopplungsfluid 24 durch die Membrane 36 getrennt. Der gesamte Einsatz kann aus einem biologisch inertem Material, wie etwa Polyethylen oder Polypropylen in Spritzgusstechnik hergestellt sein. Der Einsatz 12 ist funktionsmäßig mit dem akustischen Tropfenausstoßmechanismus 14 durch eine Verbindungsschnittstelle verbunden, welche die Membrane 36 und das akustische Kopplungsfluid 24 einschließt.
In einer spezifischen Auslegung ist der Durchmesser des Wandlers und der Linse ungefähr 300 μm und die Membrane 36 kann 3 μm dick sei. Bei dieser besonderen Ausführungsform mit einer Auslegungseinschränkung einer Fokallänge von ungefähr 300 μm und bei einer Betriebsfrequenz von ungefähr 150 MH von bekannten akustischen Tropfenausstoßmechanismen, sollte die Position des Meniskus innerhalb ±5 μm von einem idealen Flächenpegel eingehalten werden.
Die Spannungsversorgung 18 ist in kontrollierter Weise variabel. Durch Ändern der Ausgabe der Spannungsquelle 18 wird die durch den Wandler 16 erzeugte Energie angepasst, was wiederum verwendet werden kann, um das Volumen eines ausgestoßenen Biofluids 42 zu verändern.
Justiervertiefungen 48, 50, welche vertiefe Löcher sind, werden während desselben lithografischen Prozesses ausgebildet, welcher die akustische Tropfenausstoßeinheit 10 ausbildet. Diese Justierelemente werden verwendet, wenn die individuelle Ausstoßeinheit 10 in ein Vielfachausstoßsystem eingesetzt wird, wie es in den nachfolgenden Abschnitten dieser Erörterung beschrieben wird. Es ist anzumerken, dass ein drittes Justierelement hinter der Justiervertiefung 48 nicht gezeigt ist.
Mit nachfolgendem Bezug auf die 2 und 3 wird eine einstückige, akustische Tropfenausstoßeinheit 60 veranschaulicht. In der Figur ist das Ausstoßreservoir 62 und das Hauptreservoir 64 durch die Reservoirverbindung 66 in Fluidkommunikation zueinander angeordnet. Die kapillare Wirkung unterstützt den Transport des Biofluids von dem Hauptreservoir 64 zu dem Ausstoßreservoir 62 bei einem anfänglichen Füllarbeitsschritt, wenn das Haupt- und Ausstoßreservoir leer ist. Sobald jedoch die Einheit ausgesaugt und bis zur Unterkante der Apertur 45 gefüllt ist, wird eine Aufrechterhaltungskraft/Oberflächenspannung des Meniskus 40 verwendet, um das Biofluid von dem Hauptreservoir 64 zu dem Ausstoßreservoir 62 zu transportieren, wenn Tropfen ausgestoßen werden. Um eine ausreichende Oberflächenspannung bei der Apertur 45 bereitzustellen, ist es wichtig, dass die Apertur 45 viel kleiner ist als der Füllanschluss 68, um eine konkurrierende Oberflächenspannung des Füllanschlusses 68 zu vermeiden. Die Oberflächenspannung der Apertur 45 muss größer sein als die Schwerkraftwirkung über die Höhe der Struktur. Durch geeignetes Ausbalancieren dieser Kräfte kann die Oberflächenspannung der Apertur laufend Biofluid in das Ausstoßreservoir 62 einziehen, um dasselbe in vollem Zustand aufrecht zu erhalten, bis das Hauptreservoir 64 abgebaut ist.
In den 2 und 3 ist der Wandler 16 in funktioneller Verbindung mit einer ersten Oberfläche des Substrats 70 gezeigt und eine Linsenanordnung 22 ist auf einer zweiten Oberfläche der Membrane 72 integriert, wobei diese Komponenten als Teil der einzelnen Einheit 60 ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform wird eine Verbindungsschicht 24 der 1 aufgrund der Beschaffenheit der vorliegenden Ausführungsform als einzelne entsorgbare Komponente nicht benötigt. In dem Ausstoßreservoir 62 kommt das Biofluid 38 in unmittelbaren Kontakt mit der Linsenanordnung 22. Das Hauptreservoir 64 wird durch den Füllanschluss 68 gefüllt. Die Justiervertiefungen 48, 50, 52 sind in 2 gezeigt.
Mit Bezug auf die 4 und 5 wird eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf eine einstückige, piezoelektrische Tropfenausstoßeinheit 80 gezeigt, welche entsorgbar ist. Das Ausstoßreservoir 82 ist mit dem Hauptreservoir 84 über eine Reservoirverbindung 86 verbunden. Das Biofluid wird dem Hauptreservoir 84 über den Füllanschluss 88 zugeführt. Ein Piezoaktuator 90 ist in funktioneller Verbindung mit einer unteren Oberfläche 92 des Ausstoßreservoir 82. Eine obere Fläche, welche das Ausstoßreservoir 82 festlegt, hat in derselben eine Ausstoßdüse 94 ausgebildet. Eine Spannungsversorgung 96 ist mit dem Piezoaktuator 90 verbunden. Die Justiervertiefungen 98, 100, 102 werden während des gleichen Prozesses ausgebildet, welcher die Auswurfdüse 94 ausbildet. Die resultierende integrale Beziehung bedingt eine hochpräzise Anordnung der Einheit 80 in einem Vielfachausstoßsystem.
Im Betrieb wird der Piezoaktuator 90 durch die Spannungsquelle 96 betrieben, welcher in Kombination mit der unteren Oberfläche 92 eine unimorphe Konfiguration umfasst, welche eine Ablenkungskraft in Reaktion auf eine angewandte Spannung erzeugt. Die Ablenkungskraft wird derart ausgeübt, dass die unimorphe Konfiguration sich in das Ausstoßreservoir 82 hinein bewegt, wodurch das Volumen des Ausstoßreservoir 82 geändert wird, was wiederum das Biofluid von dem Ausstoßreservoir 92 durch die Düse 94 als einen ausgestoßenen Biofluidtropfen verdrängt. Die Größe der Düse 94 ist ein steuernder Faktor für die Größe der ausgestoßenen Tropfen.
Wenn aus dem Ausstoßreservoir 82 Biofluidtropfen ausgestoßen werden, verursacht die Oberflächenspannung in dem Ausstoßreservoir, dass Biofluid, welches sich in dem Hauptreservoir 84 befindet, durch die Reservoirverbindung 86 in das Ausstoßreservoir 82 gezogen wird, wodurch der Biofluidpegel aufgefüllt wird. Ähnlich zu den vorstehenden Erörterungen wird eine ausreichende Oberflächenspannung durch Berücksichtigung der Größe des Füllanschlusses 88 und die Wirkung der Schwerkraft über die Höhe der Struktur erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Hauptreservoir 84 eine interne Abmessung von 1 cm in der Länge und 2,5 mm in der Höhe auf. Die Breite der gesamten piezoelektrischen Tropfenausstoßeinheit ist 5 mm, wie in 5 gezeigt. Diese geringe Größe ermöglicht die Aneinanderreihung einer großen Anzahl von Ejektoren in einer Systemkonfiguration, um vielfache Biofluide zu drucken.
Wie aus 4 ersichtlich, ist die untere Oberfläche 92, welche mit dem Piezoaktuator 90 verbunden ist, in die gesamte piezoelektrische Tropfenausstoßeinheit 80 integriert. Unter diesen Voraussetzungen kann die gesamte Einheit 80 entsorgt werden, wenn das Biofluid der Einheit 80 erschöpft ist.
Die 6 und 7 zeigen eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer zweistückigen, piezoelektrischen Biofluidtropfenausstoßeinheit 110, welche einen entsorgbaren Abschnitt und einen wieder verwendbaren Abschnitt aufweist. Der entsorgbare Abschnitt schließt einen Reagenzeinsatz 112 ein, welcher eine darin integrierte Ausstoßdüse 114, und ein Ausstoßreservoir 116 aufweist, welches mit einem Hauptreservoir 118 über eine Reservoirverbindung 120 verbunden ist. Die Übertragung des Biofluids von dem Hauptreservoir 148 zu dem Ausstoßreservoir 116 über die Reservoirverbindung 120 geschieht über eine kapillarische Zuführwirkung. Ebenso ist ein Füllanschluss 122 eingeschlossen. Der wiederverwendbare Abschnitt der Einheit 110 schließt den Aktuator 124 ein, welcher durch eine Verspannungsversorgungsquelle 126 mit Energie versorgt wird. Der Piezoaktuator 124 ist auf einem wieder verwendbaren Rahmen 128 angebracht.
Eine untere, flexible Membranfläche 130, wie etwa eine dünne Schicht aus Polyetholyn, Polyimid oder einem anderen dünnen Kunststoff, legt einen Abschnitt des Ausstoßreservoirs 116 fest und ist mit der unteren Diaphragmafläche 132 des wieder verwendbaren Rahmens 128 verbunden. Das Diaphragma 132, welches in einer Ausführungsform rostfreier Stahl sein kann, ist mit dem Piezoaktuator 124 verklebt oder anderweitig mit demselben derart verbunden, dass das Diaphragma 132 als ein Teil einer unimorphen Struktur wirkt, um die notwendige Volumenänderung innerhalb des Ausstoßreservoirs 116 zu erzeugen, um einen Biofluidtropfen aus der Ausstoßdüse 114 auszustoßen. Die flexible Membrane 130 des Einsatzes 112 hat die Wirkung, die Volumenänderung in dem wieder verwendbaren Abschnitt 128 in den entsorgbaren Abschnitt zu übertragen. Justiervertiefungen 134, 136, 138 werden bei demselben Prozess ausgebildet, welcher verwendet wird, um die Ausstoßdüse 114 auszubilden. Die resultierende integrale Beziehung bedingt eine hochpräzise Anordnung der Einheit 110 in einem Vielfachausstoßsystem.
Die offenbarten Biofluidtropfenausstoßeinheiten arbeiten unter Verwendung kleiner Mengen von Biofluid innerhalb des Hauptreservoirs und des Ausstoßreservoirs. Beispielsweise kann das Hauptreservoir in einem Fall, wenn gefüllt, etwa zwischen 50 bis 150 μl des Biofluids enthalten, wobei das Ausstoßreservoir, wenn gefüllt, etwa 5 bis 25 ml hält. Es ist daher ersichtlich, dass der Betrieb der beschriebenen Ausstoßeinheiten unter Verwendung sehr geringer Volumen des Biofluids möglich ist. Die Biofluidtropfen selbst können im Picoliterbereich liegen. Dies ist ein wesentlicher Aspekt dieser Ausstoßeinheiten aufgrund der hohen Kosten für viele Biofluide, welche verwendet werden werden. Da ebenso sehr kleine Volumen des Biofluids erforderlich sind, wird die Verwendung der entsorgbaren Ausstoßeinheiten eine attraktive Option.
Es ist anzumerken, dass die beschriebenen Einheiten ebenso mit einer hohen Effizienz arbeiten, wobei nur geringer Abfall an Biofluiden stattfindet. Dies sowohl aufgrund der operationellen Aspekte der Einheiten selbst und aufgrund der Tatsache, dass kleine Volumen des Biofluids notwendig sind, um die Einheiten zu betreiben. Wenn irgendein Abfall innerhalb des Systems besteht, ist, insbesondere aufgrund der kleinen Menge des ursprünglich verwendeten Biofluids, eine hohe Betriebseffizienz trotzdem erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine hohe Effizienz durch die Verwendung von 80% oder mehr des Biofluids unter normalen Betriebsbedingungen festgelegt.
Wenngleich in der vorstehenden Erörterung festgestellt wurde, dass 50 bis 150 μl in dem Hauptreservoir und 5 bis 25 μl in dem Ausstoßreservoir vorhanden sein würden, können diese Mengen abhängig von der verwendeten Tropfengröße, der zu erstellenden Druck menge, vom Typ des zu verwendenden Fluids ebenso wie von anderen Parametern, variieren.
Ein Verhältnis von 2 zu 1 bis 10 zu 1 des Biofluidvolumens in dem Hauptreservoir und in dem Ausstoßreservoir stellt einen bevorzugten Bereich dar. Dieser Bereich erlaubt eine nutzbare Oberflächenspannung zum Übertragen des Biofluids in bestimmten offenbarten Ausführungsformen, während ebenso die Verwendung von kleinen Volumen wünschenswert ist. Es ist jedoch möglich, dass größere Verhältnisse in Abhängigkeit von Faktoren einschließlich der Kosten des Biofluids und der beabsichtigten Verwendung der Ejektoren möglich ist.
Die 8 veranschaulicht eine Saugverbindung 140, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie in der 8 gezeigt, ist die Saugverbindung 140 über einer Düse (94, 114) angeordnet, welche aufgebaut ist, Biofluidtropfen aus dem Ausstoßreservoir (82, 116) auszustoßen. Im Betrieb kann die Saugverbindung 140 eine robotisch angetriebene Einrichtung sein, welche sich über einer Ausstoßdüse (94, 114) bewegt. Die Saugverbindung 140 schließt eine permanente Düse 142 ein, welche mit einer Vakuumeinheit 144 verbunden ist. Um die permanente Düse 142 herum ist ein entsorgbarer Schlauch 146 angeordnet, welcher aus einem elastomerischen oder einem anderen geeigneten Verbindungsmaterial hergestellt ist. Sobald die Vakuumdüse 142 über der Ausstoßdüse (94, 115) angeordnet ist, wird dieselbe nach unten bewegt, wodurch der entsorgbare Schlauch 146 in einen losen Kontakt mit der Düse (94, 114) kommt. Vakuumbetrieb entzieht Luft aus dem Ausstoßreservoir (82, 116). Ein Sensor 148 für die Detektion der Flüssigkeitshöhe bestimmt, wann das Biofluid einen Pegel innerhalb des entsorgbaren Schlauches 146 derart erreicht hat, dass sichergestellt ist, dass Luft innerhalb des Ausstoßreservoirs entfernt worden ist. Dieser Saugbetrieb erlaubt einen ordnungsgemäßen anfänglichen Tropfenausstoßbetrieb.
Wie vorstehend erwähnt, besteht eine beabsichtigte Verwendung für die beschriebenen Tropfenausstoßmechanismen darin, biologische Proben, welche eine große Anzahl von unterschiedlichen Biofluidtropfen enthalten, zu drucken. Die nachfolgende Erörterung bezieht sich besonders auf ein biologisches Drucksystem, welches viele Tropfenausstoßeinheiten des gerade beschriebenen Typs anwendet, wobei das System in der Lage ist, Felder unterschiedlichen biologischen Materials, wie etwa DNA und Proteine, zu drucken.
Die 9 veranschaulicht ein Vielfachausstoßsystem (multiple ejector system: MES) 150, welches das Drucken von biologischen Proben hoher Dichte erlaubt. Das Vielfachausstoßsystem 150 dieser Ausführungsform besteht aus einem Feld mit 10 Zeilen, wobei jede Zeile 100 Tropfenausstoßeinheiten einschließt. Insbesondere kann in dieser Ausführungsform die Tropfenausstoßeinheit 152 als ein erster Ejektor in der ersten Zeile angesehen werden. Der Tropfenejektor 153 ist der 100. Ejektor in der 1. Zeile, der Ejektor 154 ist der 1. Ejektor in der 10. Zeile und der Ejektor 156 ist der 100. Ejektor in der 10. Zeile. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur Ausgewählte aus den 1000 Ejektoren dieses Feldes gezeigt. Es ist anzumerken, dass Vielfachejektorsysteme mit unterschiedlichen Anzahlen von Ejektoren unter Verwendung der vorliegenden Konzepte ebenso erhalten werden können.
Die Konfiguration des MES 150 schließt eine Werkzeugplatte 158 ein, welche in derselben einen Satz von Stiften mit konischer Spitze 160, 162, 164 aufweist. Diese Werkzeugstifte sind in die Werkzeugplatte präzise eingebaut, um wahlweise mit den Justiervertiefungen (48–52, 98–102 und 134–138) der 1 bis 7 in Eingriff zu kommen. Die Verwendung der Werkzeugstifte 160–164 stellt eine geeignete Positionierung der Düsen der piezoelektrischen Tropfenausstoßeinheiten oder der Apertur der akustischen Tropfenausstoßeinheiten sicher. Es ist zu würdigen, dass die Tropfenausstoßeinheiten 152–156 entweder piezoelektrische oder akustische Tropfenausstoßeinheiten repräsentieren sollen.
Die Werkzeugplatte 158 kann aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden. Auf einer Deckfläche der Werkzeugplatte 158 ist eine gedruckte Schaltplatine 166 angeordnet. Von der Oberfläche der PC-Platine 166 erstrecken sich ein Spannungsverbindungsstift 168 und ein Masserückführverbindungsstift 170. Die Verbindungsstifte 168 und 170 kommen mit der Tropfenausstoßeinheit 154 an dem einen Ende und mit der gedruckten Schaltplatine an einem zweiten Ende in Eingriff. Zusätzlich ist der Spannungsverbindungsstift 168 weiterhin mit einer elektrischen Leiterbahn 172 verbunden, welche auf der PC-Platine 166 angeordnet ist, welche wiederum mit einer Steuerung oder einem Treiberbaustein 174 verbunden ist. Die Steuerung oder der Treiberbaustein 174 versorgt die Tropfenausstoßeinheit 154 wahlweise mit elektrischer Leistung über die elektrische Leiterbahn 172 und den Spannungsverbindungsstift 168. Wie nach stehend eingehender erörtert, wird diese wahlweise Anwendung von elektrischer Leistung verwendet, um die Tropfenausstoßeinheit 154 zu betreiben.
Wie gezeigt, wird die Tropfenausstoßeinheit 154 entweder eine Düse oder eine Apertur 176 einschließen, abhängig davon, ob der Mechanismus eine piezoelektrische Tropfenausstoßeinheit oder eine akustische Tropfenausstoßeinheit ist. Ein Füllanschluss 178 wird für die Aufnahme eines Biofluids bereitgestellt, welches für den Druck der biologischen Probe verwendet wird. Es ist anzumerken, dass unterschiedliche Biofluide in verschiedene Ejektoren des Vielfachejektorsystems 150 gegeben werden. Durch geeignete Anordnung der Werkzeugstifte 160–164 und durch die Anordnung der Justiervertiefungen kann sichergestellt werden, dass die Anordnung einer einzelnen Tropfenausstoßeinheit in dem System 150 insgesamt innerhalb 1/1000 Inch von einer idealen Positionierung angeordnet werden kann.
Mit nachfolgendem Bezug auf die 10 wird eine Seitenansicht einer einzigen Tropfenausstoßeinheit 154 des Vielfachejektorsystems 150 veranschaulicht. Die Werkzeugplatte 158 schließt die vorstehend beschriebenen Werkzeugstifte 160 und 162 ein. Der Stift 164 ist in dieser Figur nicht zu sehen, da derselbe hinter dem Stift 160 angeordnet ist. Auf der Oberseite der Werkzeugplatte 158 befindet sich eine PC-Karte 166 mit den Durchgangslöchern 180 und 182. Ein weiteres Durchgangsloch für den Stift 164 wird ebenso bereitgestellt. Wie in dieser Figur deutlicher gezeigt, erstrecken sich die Verbindungsstifte 168 und 170 von der Oberfläche der PC-Karte 160 zu dem Eingriff an geeigneten Positionen der Tropfenausstoßeinheit 154. Beispielsweise kommt der Verbindungsstift 168, welcher die Stromversorgung von der Steuerung 174 erhält, funktionsmäßig mit dem Wandler entweder der piezoelektrischen oder der akustischen Tropfenausstoßeinheit zum Eingriff. Die Energieversorgung aktiviert die Tropfenausstoßeinheit und verursacht die Abgabe der Tropfen 184. Ein Massekontakt wird durch die Verwendung des Verbindungsstifts 170 erreicht. Die beiden Verbindungsstifte 168 und 170 können als Pogo-Stifte ausgelegt sein, welche ein federvorgespannter Mechanismus sind. Wenn die Tropfenausstoßeinheit 154 über den Werkzeugstiften 160, 162, 164 angeordnet wird und derart nach unten gedrückt wird, dass die Stifte 160–164 entsprechende Justierlöcher durchdringen, wird daher der Federeingriff zwischen den Verbindungsstiften 168, 170 und der Tropfenausstoßeinheit 154 hergestellt, wodurch die beschriebenen elektrischen Kontakte bereitgestellt werden.
Eine statische elektrische Spannung 188 kann auf die Rückseite des Substrats 186 aufgegeben werden, um den Wirkungen der Schwerkraft und des viskosen Zuges an den Tropfen 184 entgegenzuwirken, welche die Wirkung haben, die Tropfen aus einem geraden Weg zu dem Substrat zu bewegen. Die Verwendung der statischen Spannung 188 vergrößert durch die Bereitstellung einer starken Anziehungskraft die Genauigkeit, mit welcher die Tropfen 184 auf dem Substrat 186 angeordnet werden. Der Flug der Tropfen stellt ein wichtiges Konzept dar, da kleine Ablagen eine Querkontamination zwischen Tropfen oder Falschablesungen der biologischen Probe bewirken können, wenn diese entwickelt wird.
Die 11 ist eine Seitenansicht eines ausgewählten Tropfenejektors 154 aus einem alternativen Vielfachejektorsystem 190. In dieser Ausführungsform ist die Schaltplatine 192 das unterste Element des MES 190. Der Spannungsverbindungsstift 194 und der Masseverbindungsstift 196 sind durch Öffnungen 198 und 200 der Werkzeugplatte 202 geführt. Es ist anzumerken, dass die Öffnungen 198 und 200 von den Stiften 194 und 196 elektrisch isoliert sein müssen. Ähnlich zu der vorstehenden Erörterung weist die Werkzeugplatte 202 vielfache Sätze von Werkzeugstiften 204 und 206 auf, welche sich von der Oberfläche der Werkzeugplatte erstrecken. Es ist anzumerken, dass ein dritter Werkzeugstift des Satzes, wie in 9 gezeigt, ebenso in der 11 bereitgestellt wird, wenngleich nicht gezeigt. Daraufhin wird die Tropfenausstoßeinheit 154 in Eingriff mit den Werkzeugstiften 204, 206 und den Verbindungsstiften 194, 196 in ähnlicher Weise wie beschrieben, angeordnet.
Wenngleich die vorstehende Erörterung die Werkzeugstifte der 10 und 11 als konische Stifte herausgestellt hat, auf welchen der Tropfenejektor 154 naht, können in einer alternativen Ausführungsform diese Werkzeugstifte so ausgelegt sein, dass dieselben einfach den Tropfenejektor durchdringen und der Tropfenejektor bewegt sich nach unten, bis derselbe auf vorbestimmte Anschläge trifft, welche sich entweder von den Stiften selbst aus erstrecken oder von der Werkzeugplatte, wie etwa die Anschläge 207 oder 208, gezeigt in gestrichelten Linien. Die Anschläge 207 und 208 sind derart angeordnet, dass eine ordnungsgemäße Justage des Tropfenejektors erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform können dann die Werkzeugstifte wie etwa 204 und 206 kürzer gehalten werden. Das Einkürzen der Werkzeugstifte wird derart durchgeführt, dass die Abschnitte der Stifte, welche den Tropfenejektor durchdringen, sich nicht in die Druckebene erstre cken. Bei der in 10 gezeigten Ausführungsform kann der Anschlag ebenso durch die PC-Karte 166 bereitgestellt werden.
Wenngleich zwei Verbindungen oder Pogo-Stifte 160, 170 in der 10 und 194, 196 in der 11 gezeigt sind, um eine Erregung und eine Masse bereitzustellen, kann mit Bezug auf eine weitere Ausführungsform der in 10 und 11 gezeigten Einrichtungen mit einem einzigen Pogo-Stift ebenso verwendet werden. Bei der Ausführungsform mit einem einzigen Pogo-Stift werden die Anregungsstifte 168 oder 194 der 10 und 11 beibehalten. Es können jedoch die Rückleitungs- oder Massekontakt-Pogo-Stifte 170 und 196 der 10 und 11 ersetzt werden, durch die Bereitstellung des Massekontaktes durch die Verwendung der Werkzeugstifte, welche mit den Justieröffnungen verbunden sind.
Die Vielfachejektorsysteme 150, 190, können als am besten anwendbar angesehen werden für einstückige Tropfenausstoßeinheiten. Wenn sich in diesen Tropfenausstoßeinheiten das Biofluid erschöpft hat, können dieselben von den Werkzeugstiften entfernt werden und durch neue Ausstoßeinheiten ersetzt werden. Das Entfernen der Tropfenausstoßeinheiten von den Werkzeugstiften kann durch irgendeinen aus vielen bekannten Aufbauten erreicht werden, wie etwa Schnappverbindung, welche bei Anwendung eines Druckes nach oben lösbar ist.
Mit nachfolgendem Bezug auf die 12 wird eine Draufsicht eines weiteren Vielfachausstoßsystems 210 gezeigt. In dieser Ausführungsform werden Tropfenausstoßteilfelder, wie etwa das Teilfeld 214 verwendet, anstelle einzelne Tropfenausstoßeinheiten anzubringen. Insbesondere sind die Vielfachtropfenausstoßeinheiten auf einem einzelnen Substrat konfiguriert, beispielsweise während eines lithografischen Prozesses zur Ausbildung der Tropfenausstoßeinheiten. Die Verwendung von Teilfeldern 214 benötigt weniger Sätze von Werkzeugstiften 214 bis 220 auf der Werkzeugplatte 212. Es wird jedoch dieselbe Anzahl von Stiften für Spannungsverbindung und Masseverbindung, ebenso wie elektrische Leiterbahnen benötigt. Weiterhin verbessert die Verwendung der Teilfelder 214 eine einfache Handhabung der Tropfenausstoßeinheiten. Aufgrund der geringen Größe von einzelnen Ejektoreinheiten vergrößert insbesondere die Handhabung dieser individuellen Einheiten die Komplexität des Systems im Gegensatz zur Verwendung von größeren Teilfeldern. Weiterhin stellt die Verwendung von Teilfeldern eine genauere Justage bereit, weil ein höheres Ausmaß von Justagegenauigkeit während der Ausbildung der Teilfelder erhalten werden kann.
Um die Verfeinerung der Tropfenejektor-Positionseinrichtung zu erhöhen, werden die Verbindungsstifte, wie die in Verbindung mit 10 bis 12 beschriebenen, so ausgelegt, dass dieselben eine gewisse eingebaute Flexibilität in der Stiftstruktur aufweisen. Dies ist günstig, da diese Flexibilität für die Bereitstellung einer weiteren Feinjustierung der Tropfenejektoren nützlich ist, sobald dieselben mit den Stiften verbunden sind. Wenngleich der Herstellungsprozess der Werkzeugplatte und der von dieser ausgehenden Stifte ebenso wie die Verbindungslöcher auf dem Tropfenejektor mit einem hohen Ausmaß von Präzision durchgeführt wird, kann daher eine weitere Justagegenauigkeit erreicht werden, wenn eine Feder oder eine flexible Möglichkeit in die Werkzeugstifte eingeplant wird. Derartige Werkzeugstifte erlauben eine Bewegung des Tropfenejektors in der horizontalen X- und Y-Ebene derart, dass der Ejektor speziell an einer Position für das Ausstoßen justiert ist. In einer alternativen Ausführungsform können die in den Tropfenausstoßeinheiten ausgebildeten Durchgangslöcher mit einer Feder oder einem flexiblen Umfang hergestellt werden, wodurch ein fester Eingriff zu den Werkzeugstiften hergestellt wird, während ebenso eine Biegung in dem horizontalen X-, Y-Bereich möglich ist.
Weiterhin können die Justagevertiefungen der Tropfenejektoren mit einer V-förmigen Vertiefung oder einer anderen Auslegung ausgebildet werden, welche eine Bewegung der Stifte für eine genauere Justage des Ejektors ermöglicht. Derartige Justageelemente und Prozesse sind auf dem Gebiet der Justage bekannt.
Während die vorstehend gezeigten Ausführungsformen die Verwendung von drei Stiften in dem Satz der Stifte diskutieren, welche eine Tropfenausstoßeinheit tragen, ist weiterhin anzumerken, dass andere Anordnungen von Stiftsätzen möglich sind. Beispielsweise kann bei einer geeigneten Situation eine Anordnung mit einem Stiftsatz von zwei Stiften, vier Stiften oder einer anderen Anordnung am günstigsten sein.
Die 10 und 11 zeigten Vielfach-Ausstoßsysteme, welche einstückige Tropfenausstoßeinheiten verwenden, sowohl für den piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus als auch für den akustischen Tropfenausstoßmechanismus. Mit Bezug auf die 13 bis 16 sind Seitenansichten eines Abschnitts von Anordnungen eines Vielfa chejektorsystems für zweistückige piezoelektrische Tropfenausstoßmechanismen und für zweistückige akustische Tropfenausstoßmechanismen dargestellt.
Die 13 stellt eine Seitenansicht eines Vielfachausstoßsystems 230 und insbesondere einen einzelnen Ejektor 232 des Systems dar. Der Ejektor 232 ist mit den Werkzeugstiften 234 und 236 verbunden. Wie bei den vorstehenden Beispielen und für alle nachfolgenden Beispiele gibt es ebenso einen zusätzlichen Werkzeugstift, beispielsweise hinter dem Werkzeugstift 234, der nicht in der Figur sichtbar ist. Bei diesem System 230 erstreckt sich der Spannungsverbindungsstift 238 und der Masserückleitungsstift 240 von der Schaltplatine 242. Der Spannungsverbindungsstift 238 ist derart mit dem Wandler 244 in funktionellem Eingriff, dass der Wandler 247 aktiviert wird, wodurch das Ausstoßen von Tropfen von der Düse 250 verursacht wird, wenn elektrische Leistung von der Steuerung oder dem Treiberbaustein 246 zu dem Spannungsstift 238 über die elektrische Leiterbahn 248 angeliefert wird.
Wenn die Tropfenausstoßeinheit für Biofluid der 13 erschöpft ist, wird nur der Abschnitt der Einheit entfernt, welche das Fluid enthält. Der Wandlerabschnitt wird in dem System behalten wie vorstehend erörtert. Die 14 veranschaulicht dieses Entfernen. Der Biofluid haltende Abschnitt 252 wurde von den Werkzeugstiften 234 und 236 entfernt. Der Wandler 244 verbleibt in Kontakt mit dem Spannungsverbindungsstift 238. Daher ist die Verbindung zwischen dem Spannungsversorgungsstift 238 und dem Wandlerelement 244 halb permanent.
Mit nachfolgendem Bezug auf die 15 und 16 wird eine Konfiguration für ein Vielfachausstoßsystem 218 veranschaulicht, welches einen zweistückigen akustischen Tropfenausstoßmechanismus verwendet. In der 15 ist der Tropfenausstoßmechanismus 262 in funktionsmäßiger Verbindung mit geeigneten Werkzeugstiften 264, 266 der Werkzeugplatte 268, mit dem Spannungsversorgungsstift 270 und dem Masserückleitungsstift 272 der Schaltplatine 274, derart, dass derselbe betriebsfertig ist. Sobald sich das in dem Einsatz 276 gehaltene Biofluid erschöpft hat, wird der Einsatz 276 entfernt. Die 16 veranschaulicht diese Situation. Mit dem Entfernen des Einsatzes 276 wird der übrige Abschnitt des akustischen Tropfenausstoßmechanismus 262, welcher die Anordnung Wandler/Linse 277 einschließt, in Eingriff mit den Verbindungsstiften 270 und 272 gehalten.
In den 13 bis 16 können nach der Entnahme der Originalbiofluideinsätzes Ersatzbiofluideinsätze daraufhin in das System eingesetzt werden. Das Einsetzen dieser Ersatzbiofluideinsätze oder -träger kann durch die Verwendung von Robotern ausgeführt werden. Es ist anzumerken, dass die vorstehenden Systeme alle unter Verwendung der Teilfelder der 12 implementiert werden können. Weiterhin sind die alternativen Ausführungsformen, welche in Zusammenhang mit den 10 bis 12 erörtert wurden, ebenso in den Anordnungen der 13 bis 16 anwendbar.
Wie vorstehend erörtert, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Vielfachausstoßsystem mit einer großen Anzahl von Tropfenausstoßeinheiten innerhalb eines kleinen Gebiets. Die ausgestoßenen Tropfen sind Biofluide, welche in biologischen Proben verwendet werden sollen. Für die beabsichtigte Verwendung des Ausstoßsystems ist es unerlässlich, dass die ausgestoßenen Tropfen geeignet ausgebildet sind, geeignet abgelegt werden und Positionen der beabsichtigten Emission entsprechen. Da es eine große Anzahl von unterschiedlichen Biofluiden geben wird, welche für eine bestimmte biologische Probe verwendet werden, ist es wichtig, dass Sicherheit darüber besteht, dass das vorgesehene Biofluid in dem vorgesehenen Tropfenejektor vorhanden ist. Eine bestimmte Möglichkeit, sicherzustellen, dass Biofluide in den MES ordnungsgemäß geladen sind, besteht darin, fluoreszierende Markierungen zu verwenden, welche in die Biofluidkammern jedes Tropfenejektors eingegeben werden. Die fluoreszierenden Markierungen sind für einen bestimmten Ejektor einzigartig, so dass die Markierungen detektiert werden können, um sicherzustellen, dass das richtige Fluid von dem vorgesehenen Ejektor zu der vorgesehenen Position ausgestoßen wird.
Die 17 zeigt ein Roboter basierendes Füllsystem 280, welches das Biofluid 282 durch einen Aufnahmeanschluss 284 eines Ejektors 286 einbringt. Es ist anzumerken, dass das Roboter basierende System 280 vereinfacht dargestellt ist. Beispielsweise kann das System 280 getrennte Abgabeköpfe einschließen, um das Biofluid und die Markierung in den Ejektor abzugeben. Roboter basierende Systeme, welche in der Lage sind, viele verschiedene Substanzen in die Ejektoren abzugeben, sind im Stand der Technik wohlbekannt. Der Arbeitsschritt der Befüllung kann an derselben Position wie das Drucken oder getrennt von dieser Position stattfinden. Insbesondere können Ejektoren befüllt werden und daraufhin zu dem Ort des Vielfachausstoßsystems gesendet werden. Sobald sie ankommen, werden sie daraufhin in das System geladen. Alternativ da zu können die Ejektoren beladen werden, während sie sich in dem Vielfachausstoßsystem befinden.
Ein Mechanismus und Prozess der Qualitätskontrolle, welcher in der vorliegenden Anmeldung bereitgestellt wird, überprüft, dass die Biofluide tatsächlich in die Tropfenejektoren abgelagert werden.
Eine Ausführungsform zur Durchführung dieser Qualitätskontrolle findet vor dem Druckbetrieb statt. Insbesondere wurde erwähnt, dass bei bestimmten Ausführungsformen ein Arbeitsschritt des Absaugens stattfindet: dieses Konzept wurde beispielsweise in der 8 der vorliegenden Anmeldung gezeigt. Der Absaugmechanismus 144 wendet ein Vakuum an, um Biofluid aus den Ejektoren zu saugen. Während dieses Arbeitsschrittes wird eine bestimmte Menge des Biofluids, welche innerhalb der Ausstoßkammern enthalten ist, in mindestens einen Abschnitt des entsorgbaren, elastomerischen Schlauches 146 der 8 nach oben gezogen. Daher hält die Düse 142 und/oder der Schlauch 146 eine geringe Menge des Fluids, welches während des Ansaugarbeitsschrittes emittiert wurde. Der Roboter gesteuerte Ansaugmechanismus wird über ein Substrat wie etwa 300 der 18 bewegt und das Material in der Düse 142 oder dem Schlauch 146 wird durch Umkehren des Vakuums ausgestoßen, um dieses Material auf das Substrat 300 zu emittieren. Auf diese Weise werden voroperationelle Tropfen 302 auf dem Substrat 300 ausgebildet. Es ist anzumerken, dass eine getrennte Vakuumdüse 142 und ein entsorgbarer Schlauch 146 für jede der Ausstoßeinheiten vorhanden sein kann.
Das Substrat 300 wird daraufhin durch ein optisches Abastsystem 304 geführt, welches das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Tropfens durch bekannte Abtastarbeitsschritte detektiert. Eine Steuerung 306 kann beispielsweise eine Korrelationstabelle aufbauen, welche die Position eines Tropfens mit einer Saugdüse abgleicht, welche wiederum mit einer bestimmten Tropfenausstoßeinheit verknüpft ist. Wenn an der vorgesehenen Stelle kein Tropfen detektiert wird, dann ist dieses ein Anzeichen dafür, das ein Ejektor nicht sachgerecht mit Biofluid beladen wurde oder nicht geeignet ausgesaugt wurde.
In einer alternativen Ausführungsform können die Tropfen auf dem Substrat nicht durch die Verwendung des Absaugmechanismus erhalten werden, sondern nachdem die Absaugarbeitsschritte stattgefunden haben. In dieser Ausführungsform wird eine Prüfprobe vor dem Druck der biologischen Probe gedruckt und abgetastet. Die voroperationelle Prüfung detektiert nicht nur, ob die Ejektoren gefüllt und abgesaugt sind, sondern ebenso, dass jeder aus der Vielzahl der Ejektoren betriebsfertig ist. Wenn ein einzelner Ejektor eines Ejektordruckkopfes nicht arbeitet, wird insbesondere kein Tropfen auf dem Substrat detektiert, wo der Fleck positioniert sein sollte. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass der Ejektor nicht sachgerecht beladen oder sachgerecht abgesaugt ist. In jedem Fall kann daraufhin der interessierende Ejektor genauer untersucht werden. Daher kann diese voroperationelle Prüfung nicht nur als Verifikation der Biofluidbeladung verwendet werden, sondern auch dafür, dass der sachgerechte Ejektorbetrieb stattfindet.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen werden alle Tropfenejektoren überprüft, um die ordnungsgemäße Eingabe des Biofluids und den Betrieb der Tropfenejektoren festzustellen. In einer anderen Ausführungsform kann eine Zahl kleiner als jede der Tropfenausstoßeinheiten geprüft werden. In diesem Szenario wird ein Arbeitsschritt des Abtastens vorgenommen, um festzustellen, ob das System arbeitet. Diese Abtastung ist weniger genau als die vorhergehenden Ausführungsformen in dem Sinn, dass dasselbe eine statistische Basis für den Betrieb verwendet, anstatt jeden Ejektor zu prüfen. Ein Vorteil dieses Betriebs besteht in der Vergrößerung der Prüfgeschwindigkeit.
19 schlägt eine weitere Ausführungsform zur Detektion des ordnungsgemäßen Betriebs des Ejektors, wie etwa Ejektor 312 in einem Vielfachausstoßsystem vor. Genauer gesagt ist ein Laser 314 derart angeordnet, dass dessen Laserstrahl 315 die von dem Ejektor 312 ausgestoßenen Tropfen schneidet. Ein Laserstrahldetektor 317 ist angeordnet, um von dem Laser 314 empfangene Signale zu detektieren. Das vorliegende System stellt einen Laserstreubetrieb für Tropfen auf dem Flug von dem Ejektor 312 bereit. Ergebnisse der Detektion von dem Detektor 317 werden der Steuerung 318 zur Verfügung gestellt. Die Steuerung 318 korreliert, welcher Ejektor geprüft wird, um festzustellen, ob der Ejektor ordnungsgemäß arbeitet. Wenngleich die vorliegende Figur einen einzigen Ejektor veranschaulicht, ist anzumerken, dass vielfache Laser 314 und Detektoren 317 implementiert werden können, um vielfache Ejektoren zum gleichen Zeitpunkt zu verifizieren. Es ist ebenso anzumerken, dass das Vielfachejektorsystem derart bewegt werden kann, dass jeder Ejektor überprüft wird, oder alternativ kann die Kombination von Lasern 314 und Detektoren 317 über das Vielfachejektorsystem bewegt werden, um die Überprüfung von jedem Ejektor sicherzustellen. Die Abwandlung des Detektionsmechanismus sind dem Fachmann wohlbekannt.
Da das eben beschriebene Vielfach-Ejektorsystem mit einer Vielzahl von Tropfenausstoßeinheiten im Bereich von 100 bis 1000 oder mehr Ausstoßeinheiten in einem sehr kleinen, kompakten Raum arbeiten soll, ist die Verifikation eines ordnungsgemäßen Betriebs von großem Vorteil, um die Qualität und Genauigkeit der Tropfenablage zu verbessern. Wenngleich die vorstehenden Ausführungsformen als alternative Ausführungsformen erörtert wurden, können daher in bestimmten Situationen mehr als eine einzige Ausführungsform in einem System eingeschlossen sein. Dies würde die Sicherheit erhöhen, dass Biofluid ordnungsgemäß in die Ejektoren eingeführt wird, dass die Absaugarbeitsschritte wo notwendig stattgefunden haben und dass die Ejektoren tatsächlich ordnungsgemäß arbeiten.
Es ist anzumerken, dass der optische Abtaster 304 in den offenbarten Ausführungsformen einfacherweise einen groben Überblick bereitstellen kann, d.h. bei der Ausführungsform der Absaugüberprüfung ist die Genauigkeit der Tropfenposition und Formation nicht von hoher Priorität, nur das Vorhandensein des Biofluidmaterials. Andererseits kann eine mehr verfeinerte Abtastoperation mit Tropfen nach dem Absaugen implementiert werden, um nicht nur das Vorhandensein der Tropfen sicherzustellen, sondern eine genauere Verifikation ihrer Position, Formation und Größe.
Mit nachfolgendem Bezug auf die 20 wird ein operationelles System 320 veranschaulicht, welches in der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Das System 320 schließt eine Substratrolle 322 ein, welche ein Typ von Papier sein kann, welches in der Lage ist, Biofluidtropfen zu empfangen. Das Substrat wird durch ein Vielfachausstoßsystem 324 durch einen bekannten Substrathandhabungsmechanismus bewegt. Das Vielfachausstoßsystem 324 schließt eine Vielzahl von Ejektoren ein, welche angeordnet sind, Biofluidtropfen an vorbestimmten Positionen auf dem bewegten Substrat abzulegen. In einer Ausführungsform können alle Ejektoren andauernd Tropfen auf das vorbeilaufende Substrat ausstoßen, wobei die Substratgeschwindigkeit gesteuert wird, um eine ordnungsgemäße Positionierung der Tropfen sicherzustellen, um eine biologische Probe 326 zu erzeugen. Die biologische Probe wird daraufhin durch ein optisches Abtastsystem 328 geführt. Bei diesem Aufbau wird jeder Tropfen in der Probe überprüft, um den ordnungsgemäßen Ausstoßbetrieb sicherzustellen. Wo in den vorhergehenden Ausführungsformen die Prüfung des Vielfachausstoßsystems vor dem Drucken der biologischen Probe stattfindet, prüft daher die vorliegende Ausführungsform jede der gedruckten bio logischen Proben oder irgendeine Untergruppe derselben. Die gedruckten biologischen Proben können daraufhin in einer durchgehenden Rolle 322 gehalten werden oder können in einzelne Blätter zertrennt werden.
Die tatsächliche Prüfung der Biofluide auf dem gedruckten Substrat soll Beeinflussung zwischen den Tropfen herausfinden. Daher ist es möglich, dass das Ejektorsystem 320 mehr als einen einzigen Tropfen auf eine einzige Stelle ausstößt. Alternativ dazu kann ein weiteres Vielfachausstoßsystem 330, gezeigt in gestrichelten Linien, in dem System 320 eingeschlossen sein, um einen zweiten Satz von Tropfen bereitzustellen. Ein weiteres Abtastsystem 332 für Vielfachausstoß kann in diesem Fall eingeschlossen werden, um zu prüfen, ob die zweiten Tropfen ordnungsgemäß ausgestoßen wurden. Noch eine weitere Alternative besteht darin, dass zwei oder mehr Vielfachausstoßsysteme nur ein einziges Abtastsystem aufweisen, welches bereitgestellt wird, nachdem die letzten Tropfen ausgestoßen wurden.
Wenngleich die vorliegende Beschreibung Ausführungsformen für akustische Tropfenausstoßeinheiten und piezoelektrische Tropfenausstoßeinheiten darstellt, ist zu würdigen, dass die Konzepte der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise auf andere Tropfenausstoßmechanismen und für Fluide anders als Biofluide ausgedehnt werden kann, für welche die Vermeidung von Kontamination nützlich ist.

Claims

Verfahren zur Prüfung von Tropfenausstoßeinheiten eines Vielfachausstoßsystems, wobei das Verfahren umfasst: Verbinden eines Saugsystems mit den Tropfenausstoßeinheiten des Vielfachausstoßsystems, wobei das Ansaugsystem eine Vakuumeinheit mit einer Vakuumdüse einschließt, um welche sich ein elastischer Schlauch befindet; Einleiten eines Vakuumbetriebs, wodurch verursacht wird, dass eine Fluidmenge, welche sich innerhalb der Tropfenausstoßeinheiten befindet, in mindestens eine Vakuumdüse und den elastischen Schlauch gezogen zu wird; Entfernen des Saugsystems aus der Verbindung mit dem Vielfachausstoßsystem; Bewegen des Saugsystems über ein Prüfsubstrat; Umkehren des Vakuumbetriebs, wodurch verursacht wird, dass das Fluid innerhalb der Vakuumdüse oder des Schlauches auf das Prüfsubstrat ausgestoßen wird; Abtasten des Prüfsubstrats unter Verwendung eines Abtasters, um festzustellen, ob die Vakuumeinheit, die einem bestimmten Tropfenausstoßer entspricht, Fluid ausgestoßen hat; und aus dem Abtastschritt bestimmen, ob jeder der Tropfenausstoßer des Vielfachausstoßsystems mit Fluid gefüllt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei jede Tropfenausstoßeinheit für Biofluid des Vielfachausstoßsystems geprüft wird.
Verfahren zur Prüfung des ordnungsgemäßen Betriebs eines Vielfachausstoßsystems, welches Tropfenausstoßer aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen der Tropfenausstoßer über einem Prüfsubstrat; Betreiben des Vielfachausstoßsystems in einem Prüfmodus, um Tropfen an ausgewählten Stellen auf dem Prüfsubstrat auszustoßen; Abtasten des Prüfsubstrats durch Verwendung eines Abtasters, um festzustellen, ob die ausgewählten Stellen einen Fluidtropfen enthalten; und aus dem Abtastschritt bestimmen, ob jeder der Tropfenausstoßer des Vielfachausstoßsystems einen Tropfen ausgestoßen hat, durch Korrelieren der ausgewählten Stellen mit den Tropfenausstoßeinheiten.